WO2022108475A1 - METHOD FOR PRODUCING A CORELESS β-SILICON CARBIDE FIBER - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING A CORELESS β-SILICON CARBIDE FIBER Download PDF

Info

Publication number
WO2022108475A1
WO2022108475A1 PCT/RU2020/000772 RU2020000772W WO2022108475A1 WO 2022108475 A1 WO2022108475 A1 WO 2022108475A1 RU 2020000772 W RU2020000772 W RU 2020000772W WO 2022108475 A1 WO2022108475 A1 WO 2022108475A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
temperature
silicon carbide
fibers
polycarbosilane
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000772
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Леонид Александрович КАРПЮК
Владислав Константинович ОРЛОВ
Сергей Игоревич ИВАНОВ
Алексей Владимирович ГЛЕБОВ
Федор Викторович МАКАРОВ
Роман Геннадьевич ЗАХАРОВ
Иван Александрович ДЗЮБИНСКИЙ
Александр Павлович ПОНОМАРЕНКО
Дмитрий Владимирович ЖИГАЛОВ
Александр Павлович КОРОЛЁВ
Артем Андреевич ВОРОБЬЁВ
Original Assignee
Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" filed Critical Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара"
Priority to US17/620,732 priority Critical patent/US11959192B2/en
Priority to CN202080044842.0A priority patent/CN114829686B/en
Publication of WO2022108475A1 publication Critical patent/WO2022108475A1/en

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/10Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material by decomposition of organic substances
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/914Carbides of single elements
    • C01B32/956Silicon carbide
    • C01B32/963Preparation from compounds containing silicon
    • C01B32/977Preparation from organic compounds containing silicon
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08Melt spinning methods
    • D01D5/088Cooling filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material

Definitions

  • a method for producing textile silicon carbide materials is known from the prior art (RF patent No. 2694340, IPC ⁇ 01 ⁇ 32/956, ⁇ 01 ⁇ 32/97, published on 07/11/2019) by siliconizing heat treatment of carbon fiber precursors in a SiO gas environment.
  • Silicifying heat treatment of carbon fiber precursors is carried out in a batch reactor, inside which is a material that generates SiO gas when heated; heat treatment is carried out under conditions of continuous vacuum pumping of gaseous products at a temperature of 1350-1650°C with exposure for 60-600 minutes.
  • the rate of temperature rise during heating in the range from 1300°C to the siliconizing heat treatment temperature is 0.2-6.0°C/min.
  • the method includes the steps: a) introducing into the reactor a mixture of precursors with a source of silicon, a source of carbon and, optionally, a doping agent; b) subjecting said mixture of precursors to a gasification temperature in the reactor; c) applying crystalline silicon carbide to the substrate by controlling the crystallization temperature on the substrate; d) moving the substrate to the scraper; and e) transferring the produced silicon carbide to a collection container by removing the produced silicon carbide from the substrate by moving the substrate along the scraper.
  • the method for producing silicon carbide fibers includes preparing a spinning solution, electrospinning silicon carbide precursor fibers from the spinning solution with simultaneous crosslinking of the precursor fibers by irradiation with light in the visible or ultraviolet radiation range, and heat treatment of the precursor fibers to convert them into silicon carbide fibers. Silicon carbide fibers made according to this process have an average diameter of 50 nm to 2 ⁇ m and a porosity of less than 10 m 2 /g.
  • a disadvantage of the known invention is the small average diameter of the silicon carbide fibers produced by this method, as well as the impossibility of obtaining long-length continuous coreless SiC fibers under these manufacturing conditions.
  • thermochemically cured polysilazanes are known from the prior art (US patent US2011212329, IPC COIB 31/36, published 09/01/2011).
  • Polycrystalline stoichiometric thin SiC fiber, practically free of impurities, is obtained using a ceramic polymer precursor.
  • the ceramic polymer is produced by reacting a mixture of chlorodisilane, boron trichloride, and vinylchlorodisilane with an excess of hexamethyldisilazane to form a ceramic polymer resin, which can then be spun, cured, pyrolyzed, and heat treated to form a finished SiC fiber.
  • FIG. 1 shows a plot of polycarbosilane (PCS) fiber weight change under various thermal-oxidative crosslinking conditions.
  • FIG. 2 shows a typical PCC fiber carbonization program.
  • FIG. 5 shows a diagram of a spinneret set, where 13 is a glass (body); 14 - die; 15 - perforated disc; 16 - melt filter; 17 - connecting sleeve; 18 - nut; 19 - gasket.
  • FIG. 6 shows a photograph of PCS granules.
  • FIG. 7 is a photograph of a receiver including a fiber winder and a fiber spreader.
  • FIG. 8 and 9 show photographs of PCS polymer fiber spools.
  • FIG. 10 is a table showing the main parameters of fiber extrusion on the extrusion molding unit.
  • FIG. 11 shows a photograph of a graphite creel.
  • FIG. 12 shows a photograph of fibers prepared for carbonization.
  • FIG. 13 shows a thermogravimetric analysis (TGA) of an oxidized fiber.
  • FIG. 14-19 show photographs of the appearance of 0-SiC fiber.
  • FIG. 20 shows a schematic diagram of applying a sizing to a 0-SiC fiber, where 20 are cups with a sizing and coils of 0-SiC fibers; 21 - hook; 22 - oven; 23 - roller; 24 - winding device; 25 - finished thread.
  • FIG. 21 shows a photograph of a cup with a sizing and a coil of 0-SiC fibers.
  • FIG. 22 and 23 show the surface of the 0-SiC fiber (x500 magnification).
  • FIG. 24-31 show a scanning electron microscopy (SEM) micrograph of a 0-SiC fiber.
  • FIG. 32 is a table showing the characteristics of a pilot batch of 0-SiC fiber.
  • FIG. 33 and 34 show a pilot batch of 0-modification coreless silicon carbide fiber.
  • Obtaining refractory coreless silicon carbide fibers consists in spinning a fiber from a melt of a fiber-forming organosilicon polymer, followed by its curing, pyrolysis and obtaining a SiC filament.
  • a key feature of coreless SiC fibers is their ultrafine microstructure, which imparts high tensile strength.
  • Their creep and thermal resistance are mainly determined by the stoichiometry and, in particular, by the oxygen content. Therefore, oxygen-reduced coreless silicon carbide fibers have better high temperature resistance and higher creep resistance.
  • the essence of the invention lies in the fact that in order to obtain a coreless silicon carbide fiber of 0-modification, a multifilament polymer fiber is formed by extrusion from a melt of a fiber-forming organosilicon polymer, thermal oxidative crosslinking is carried out, carbonization of the obtained cured polymer fiber to obtain coreless silicon carbide fiber P-modification, and sizing of silicon carbide fiber -modification.
  • PCS Polycarbosilane
  • methyl substituents and methylene bridges - poly(oligo)dimethylsilylenemethylenes - was chosen as a fiber-forming organosilicon polymer, since after their pyrolysis, silicon carbide closest to the stoichiometric composition is formed. Most of the excess carbon from the side methyl groups is removed during the pyrolysis process and does not enter the ceramic.
  • a continuous and stable process for producing coreless ceramic fibers requires that the organosilicon polymer have a relative (number average) molecular weight of -1000 ⁇ -2500 and suitable viscoelastic properties to ensure stable spinning and fiber drawing without breakage.
  • a suitable raw material for the synthesis of PCS is polydimethylsilane, since it has an acceptable stoichiometric ratio of Si: C (2: 1), is affordable from an economic point of view, does not contain oxygen, which adversely affects the properties of the final product, and the decomposition reaction proceeds relatively quickly without catalysts.
  • the first stage of the method is the implementation of the formation of an amorphous multifilament polymer fiber by melt extrusion of a fiber-forming organosilicon polymer, which is selected as polycarbosilane.
  • Extrusion is a method and process for producing products from polymeric materials by forcing a material melt through a forming hole - a die.
  • the equipment for this method is an extruder.
  • the main function of the extruder is to provide enough pressure in the material to force the material through the die.
  • An extrusion forming unit for forming a coreless silicon carbide continuous fiber operates in accordance with the following methodology:
  • the polymeric material is loaded in the form of pieces, granules or chips into the hermetic loading hopper of the extruder, with the possibility of vacuuming and purging with an inert gas;
  • the polymer material is fed from the extruder feed hopper to the polymer melt preparation unit, heated to the selected temperature, but not more than 400 °C (in this case, to select the temperature, the optimal molding temperature is determined);
  • the prepared polymer melt is fed to a hermetic heated fiber forming unit, in which an extrusion gear (gear) pump with an adjustable speed, driven by an electric motor, continuously pumps the melted polymer onto the extruder head (spinneret unit) at a certain speed and pressure, while the polymer melt, being distributed over the entire surface area of the die, is forced through all the holes at the same speed, which makes it possible to obtain a bundle of continuous fibers of the required length with the given parameters in terms of the number of filaments and the diameter of each filament;
  • an extrusion gear gear
  • an adjustable speed driven by an electric motor
  • the cooled fiber bundle is received at the exit from the cooling shaft with its winding on spools.
  • the optimal spinning temperature (or the so-called T c.n. - the temperature of a good thread) is selected from considerations of viscosity and temperature of degradation of the polymer. For each specific sample, this temperature is slightly different.
  • the choice of the optimal molding temperature is carried out on the basis of the characteristic temperatures of the polymer: the temperature is selected from the interval above the fiberization start temperature (T 2 ) and below the dropping point (Tz). The tests carried out show that the optimal molding temperature is on average 30-40°C higher than the fiberization start temperature (T 2 ). It can be noted that at a lower viscosity, the moldability of the polymer is improved.
  • Reception of the formed polymer fiber from the extrusion-forming unit is carried out on a special receiving device, which includes a fiber winding device and a fiber layout device.
  • the speed of the spreader in the fiber spreader allows you to change the angle of winding the fiber on the spool, that is, when the speed decreases and the winding angle decreases, parallel winding occurs, when the speed increases and the winding angle increases, cross winding occurs.
  • the winding speed in the fiber winder can be varied in the range of 1 to 1500 rpm, while in the present invention, the winding speed used varies in the range of 400-800 rpm. It directly influences the under-spinner drawing of the fiber and promotes the orientational drawing of PCS macromolecules. During the spinning process, spinning of the fiber occurs, due to the fact that the acceptance rate is higher than the feed rate of the molten polymer from the spinneret.
  • each batch of polycarbosilane is preliminarily determined by the temperature of the start of fiber formation and the dropping point, then polycarbosilane is introduced into the extruder at room temperature (in the form of pieces, granules or chips with a size of 2-7 mm) and the polycarbosilane is heated to the optimal molding temperature selected from the range above the fiberization start temperature and below the dropping point, to obtain a homogeneous polycarbosilane melt.
  • Polycarbosilane melt is squeezed out through a die at a pressure of 1.5-4.0 MPa to form a polymer fiber.
  • the formed polymer fiber is gradually cooled in an inert atmosphere to room temperature, followed by curing.
  • the polymer fiber is received by a fiber winding device having a winding speed greater than the polymer fiber feed rate.
  • a formed polymer fiber is formed.
  • nitrogen or argon gas can be used, for example.
  • the spinning process is an important step towards obtaining high-quality polymer fibers, since the defects formed during spinning (sagging, gas inclusions) subsequently pass into the finished ceramic fiber, which largely negatively affects its strength .
  • the spinning parameters selected according to the present invention make it possible to obtain an optimal melt flow - without the presence of gas formations (bubbles) in the polymer fiber, which will either remain in the fiber or lead to breakage; without extrudate sticking to the outer surface of the die.
  • the second stage of the method is the implementation of thermal-oxidative crosslinking - curing (oxidation) in air at an elevated temperature according to the following scheme: sn h 1 sn 1 11 O oO sl - - n 1 t JC - Si - C - Si - + 3 C> 2 - * ⁇ " - Si - C - Si - + 2n + n CO 2 to 1 H, 1 sn 3 sn 3 s 1 n 3 H 2 2 A _ p n ° S ⁇ t
  • the optimal temperature of thermal-oxidative crosslinking selected from the range of 175-250 °C.
  • the optimal heating rate is 3-10 °C/h.
  • the resulting spun polymer fibers wound on graphite packages are cured in an oxidation oven at a selected temperature to increase the weight by 6-15%.
  • the third stage of the method is the implementation of the carbonization of the obtained cured polymer fiber with its translation into the ceramic phase.
  • the cured polymer fiber is processed in a high-temperature furnace in an inert atmosphere or in a vacuum with stepped heating to a temperature of 1100-1300 °C at a heating rate of 2.5-5 °C/min.
  • an inert atmosphere nitrogen and/or argon gas can be used, for example.
  • staged heating program for the carbonization of PCS fibers in a high-temperature vacuum furnace includes the following stages:
  • the total process time, excluding oven cooling, is about 7 hours. This program is typical, it is suitable for work in vacuum and in an inert environment.
  • the high temperature furnace is then cooled down.
  • the fourth step of the method is the sizing of the resulting 0-modification silicon carbide fiber.
  • the purpose of sizing is to improve the technological properties of threads and tows: facilitating processing processes (for example, weaving), protecting brittle fibers from mechanical damage during processing, and reducing electrification.
  • the sizing composition is an emulsion or suspension consisting of polymeric components - emulsifiers, film-forming, antistatic and connecting agents that help level and protect the fiber, improve its wettability.
  • a solution of polyvinyl alcohol with distilled water can be selected.
  • Polyvinyl alcohol is an excellent emulsifying, adhesive and film forming polymer. It has high tensile strength and flexibility.
  • one of the sizing options is to place the silicon carbide fiber in a container with a solution of polyvinyl alcohol at a concentration of 0.25%, followed by drying until a constant weight is reached.
  • the sizing should be washed off.
  • the advantage of the selected sizing is the ease of its removal from the fiber surface without the use of organic solvents. Namely, to remove the sizing, P-modification coreless silicon carbide fiber is washed in warm water at a temperature of 35–40 °C and dried at a temperature of 600 °C for 30 min in air.
  • PCS polycarbosilane
  • the optimal processing temperatures were determined for the PKC sample. As a result, the following data were obtained: softening temperature (T[) 200°C, fiberization start temperature (T 2 ) 220°C and dropping point (Tz) 280°C. The temperature of a good thread T x n . (optimum molding temperature) was chosen 30°C more than the fiberization start temperature - 250°C. In the table in Fig. 3 shows the temperature characteristics, sample No. 1.
  • the extruder (extrusion-forming unit) was turned on in advance and the heating of the working parts was set up, taking into account the optimal molding temperature (T x n .) 250°C.
  • FIG. 4 A schematic diagram of an extruder for forming a multifilament polymer fiber from PCS is shown in FIG. 4.
  • the extrusion-forming unit contains a loading hopper 1, a material cylinder 2, a screw 3, a coupling 4, a drive 5 extruder, heating elements 6, gear pump 7, gear pump drive 8, spunbond kit 9, spinneret oven 10, fiber winding device I, vacuum pump 12.
  • Diagram of spunbond kit 9 is shown in Fig. 5.
  • the spinneret kit 9 contains coaxial structural elements arranged in series - a cup (body) 13 in the form of a flange, a die 14, a perforated disk 15, a melt filter 16, a connecting sleeve 17, a nut 18, a gasket 19.
  • the number of holes in the used spinneret 14 was 48 PCS.
  • the working volume of the gear pump 7 is 0.6 cm 3 .
  • PCS was taken in the form of granules with a size of 2 - 7 mm (Fig. 6) and loaded into bin 1 (see Fig. 4), it was purged with an inert gas to prevent the interaction of PCS with atmospheric oxygen, while hopper 1 was evacuated using vacuum pump 12.
  • the polymer material was fed from the loading hopper 1 to the polymer melt preparation unit, which was heated by heating elements 6 to a temperature of 250°C.
  • the polymer melt preparation unit consists of a material cylinder 2 and a screw 3, which is driven through a clutch 4 by an electric drive of the extruder 5.
  • the prepared PCS melt was fed to a sealed heated fiber spinning unit, in which the gear pump 7 with an adjustable speed, driven by the gear pump drive motor 8, continuously at a speed of 6 rpm and a pressure of 5 MPa pumped the melted PCS onto spinneret set 9.
  • the PCS melt being distributed over the entire surface area of the spinneret 14, was forced through all 48 holes at the same speed at a pressure of 3.00 MPa, which led to the formation of a bundle of continuous fibers.
  • the winding speed in the fiber winder is 440 rpm, which is a higher speed than the feed rate of the molten polymer fiber from the spinneret - 6 rpm, for under-die drawing of the fiber.
  • the spreader speed in the fiber spreader equal to 52 rpm, made it possible to change the angle of winding the fiber onto the spool.
  • the receiving device which includes a fiber winder and a fiber spreader, is shown in FIG. 7.
  • PCS samples showed excellent formability, were drawn into a thin continuous filament, extrusion proceeded without pressure surges, and no gas inclusions were observed in the extrudate.
  • PCS polymer fibers were produced, which are brittle white fibers with a thickness of 25 microns.
  • the produced batch of PCS fibers is shown in Fig. 8 and 9. After spinning, the fibers wrapped around the graphite packages were weighed on an analytical balance.
  • the second stage of the method was carried out, namely, the polymer fiber was subjected to thermochemical crosslinking - curing (oxidation) in air at a temperature of 175 ° C with a heating rate of 3 ° C / h.
  • the fibers turned yellow, while their weight increased by an average of 6%.
  • the cured PCS polymer fiber was transferred to the ceramic phase, that is, the sample was carbonized. To do this, it was subjected to processing in a high-temperature vacuum furnace with stepped heating up to 1100-1300 ° C in an inert atmosphere (nitrogen gases N2 and Ar).
  • the fiber creel was installed in the carbonization furnace as shown in FIG. 12, the oven was closed and evacuated. Next, the furnace was filled with an inert gas, and the PCS fiber carbonization process was carried out with stepped heating according to a program that included the following stages:
  • Oxidized fiber TGA data supporting the choice of program temperature parameters is shown in FIG. 13.
  • the formed silicon carbide fibers [3 modifications had a thickness of 15-22 microns. After carbonization, the fibers acquired a black color, a shiny surface, significant shrinkage (up to 25%) became noticeable, color shades of blue and brown were observed.
  • the process of obtaining silicon carbide fibers in the fourth, final stage includes sizing.
  • a solution of polyvinyl alcohol with distilled water with a concentration of 0.25% was taken as a coupling agent.
  • FIG. 21 A sizing cup with a coil of P-SiC fibers is shown in FIG. 21.
  • the manufactured P-SiC fiber was sent for physical and chemical studies using optical microscopy, SEM, TGA, XRF (X-ray phase analysis), etc.
  • Example 2 The formation of a multifilament polymer fiber, which is the first stage of the method for producing coreless silicon carbide fiber P-modification, was carried out by extrusion from polycarbosilane (PCS).
  • PCS polycarbosilane
  • PKS was taken in the form of pieces and loaded into hopper 1 (see Fig. 4), purged with an inert gas to prevent the interaction of PKS with atmospheric oxygen, while hopper 1 was evacuated using a vacuum pump 12.
  • the spreader speed in the fiber spreader equal to 33 rpm, allowed to change the angle of winding the fiber onto the spool.
  • the receiving device which includes a fiber winder and a fiber spreader, is shown in FIG. 7.
  • the second stage of the method was carried out, namely, the polymer fiber was subjected to thermochemical crosslinking - curing (oxidation) in air at a temperature of 200 ° C with a heating rate of 6 ° C / h.
  • FIG. 4 A schematic diagram of an extruder for forming a multifilament polymer fiber from PCS is shown in FIG. 4, the scheme of the spinneret set 9 is shown in FIG. 5, they are described in example 7.
  • the number of holes in the die 14 used was 48 pcs.
  • the working volume of the gear pump 7 is 0.6 cm 3 .
  • PKS was taken in the form of chips with a size of 2 - 7 mm and loaded into hopper 1 (see Fig. 4), it was purged with an inert gas to prevent the interaction of PKS with atmospheric oxygen, while hopper 1 was evacuated using a vacuum pump 12.
  • the spreader speed in the fiber spreader equal to 30 rpm, made it possible to change the angle of winding the fiber onto the spool.
  • the receiving device which includes a fiber winder and a fiber spreader, is shown in FIG. 7.

Abstract

The present invention relates to a method for producing a coreless β-silicon carbide fiber. The method includes four steps. In the first step, a multifilament polymer fiber is formed from a polycarbosilane melt by extrusion. In the second step, thermal-oxidative cross-linking is carried out, in the third step the cured polymer fiber thus produced is carbonized and converted into a ceramic phase, and in the fourth step the β-silicon carbide fiber thus produced is finished. As a result, fibers are produced having enhanced strength characteristics, greater resistance to high temperatures, high creep resistance, stable fiber properties, and an optimal average fiber diameter.

Description

Способ получения бескернового карбидокремниевого волокна Р-модификации Method for producing coreless silicon carbide fiber of P-modification
[0001] Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к способу получения бескернового карбидокремниевого волокна p-модификации (P-SiC). Бескерновые карбидокремниевые волокна можно использовать в ядерной энергетике, аэрокосмической технике, а также других высокотехнологичных отраслях. [0001] The invention relates to the field of the chemical industry, namely to a method for producing a p-modification (P-SiC) coreless silicon carbide fiber. Coreless silicon carbide fibers can be used in nuclear power, aerospace engineering, and other high-tech industries.
[0002] Из уровня техники известен способ получения текстильных карбидокремниевых материалов (патент РФ № 2694340, МПК С01В 32/956, С01В 32/97, опубликован 11.07.2019) путем силицирующей термической обработки углеволоконных прекурсоров в газовой среде SiO. Силицирующую термическую обработку углеволоконных прекурсоров осуществляют в реакторе периодического действия, внутри которого находится материал, генерирующий при нагревании газ SiO; термообработку проводят в условиях непрерывной вакуумной откачки газообразных продуктов при температуре 1350-1650°С с выдержкой в течение 60-600 минут. Скорость подъема температуры при нагревании в интервале от 1300°С до температуры силицирующей термообработки составляет 0,2- 6,0°С/мин. [0002] A method for producing textile silicon carbide materials is known from the prior art (RF patent No. 2694340, IPC С01В 32/956, С01В 32/97, published on 07/11/2019) by siliconizing heat treatment of carbon fiber precursors in a SiO gas environment. Silicifying heat treatment of carbon fiber precursors is carried out in a batch reactor, inside which is a material that generates SiO gas when heated; heat treatment is carried out under conditions of continuous vacuum pumping of gaseous products at a temperature of 1350-1650°C with exposure for 60-600 minutes. The rate of temperature rise during heating in the range from 1300°C to the siliconizing heat treatment temperature is 0.2-6.0°C/min.
[0003] Недостатком известного изобретения является нестабильность свойств волокна вследствие нестехиометрического многофазового состава. [0003] A disadvantage of the known invention is the instability of fiber properties due to non-stoichiometric multi-phase composition.
[0004] Из уровня техники известны способ и устройство для непрерывного получения качественного кристаллического карбида кремния, в частности, в форме нанокристаллического волокна (патент США US2018002829, МПК С23С 16/32, СЗОВ .25/00, СЗОВ 29/36, СЗОВ 29/66, опубликован 04.01.2018). Способ включает стадии: а) введение в реактор смеси прекурсоров с источником кремния, источником углерода и, необязательно, легирующим агентом; б) подвергание упомянутой смеси прекурсоров температуре газификации в реакторе; в) нанесение кристаллического карбида кремния на подложку путем регулирования температуры кристаллизации на подложке; г) перемещение подложки к скребку; и д) перенос полученного карбида кремния в сборный контейнер путем удаления полученного карбида кремния с подложки посредством перемещения подложки вдоль скребка. [0005] Недостатками известного изобретения являются нестабильность свойств волокна вследствие нестехиометрического многофазового состава получаемого кристаллического карбида кремния, а также невозможность получения непрерывных бескерновых волокон SiC при данных условиях изготовления. [0004] A method and device for continuous production of high-quality crystalline silicon carbide, in particular, in the form of nanocrystalline fibers, is known from the prior art (US patent US2018002829, IPC C23C 16/32, SZOV .25/00, SZOV 29/36, SZOV 29/ 66, published 01/04/2018). The method includes the steps: a) introducing into the reactor a mixture of precursors with a source of silicon, a source of carbon and, optionally, a doping agent; b) subjecting said mixture of precursors to a gasification temperature in the reactor; c) applying crystalline silicon carbide to the substrate by controlling the crystallization temperature on the substrate; d) moving the substrate to the scraper; and e) transferring the produced silicon carbide to a collection container by removing the produced silicon carbide from the substrate by moving the substrate along the scraper. [0005] The disadvantages of the known invention are the instability of fiber properties due to the non-stoichiometric multi-phase composition of the resulting crystalline silicon carbide, as well as the impossibility of obtaining continuous coreless SiC fibers under these manufacturing conditions.
[0006] Из уровня техники известен прядильный раствор для электроформования, способ получения волокон электроформованием и волокна карбида кремния (патент РФ № 2427673, МПК D01D 1/02, D01D 5/00, опубликован 27.08.2011). Изобретение относится к технологии получения волокон карбида кремния. Прядильный раствор для электроформования полимерного прекурсора волокон карбида кремния содержит 50-70% раствор поликарбосилана со средней молекулярной массой 800-1500 а.е.м., сшивающий агент и фотоинициатор при следующем мольном соотношении компонентов: поликарбосилан/сшивающий агент/фотоинициатор = 1/(0,5-1,5)/(0,5-2). Способ получения волокон карбида кремния включает приготовление прядильного раствора, электроформование волокон прекурсора карбида кремния из прядильного раствора с одновременной сшивкой волокон прекурсора путем облучения светом в видимом или ультрафиолетовом диапазоне излучения и термическую обработку волокон прекурсора для их конвертации в волокна карбида кремния. Волокна карбида кремния, изготовленные в соответствии с указанным способом, имеют средний диаметр от 50 нм до 2 мкм и пористость менее 10 м2/г. [0006] In the prior art, a spinning solution for electrospinning, a method for producing fibers by electrospinning and silicon carbide fibers (RF patent No. 2427673, IPC D01D 1/02, D01D 5/00, published 08/27/2011). The invention relates to a technology for producing silicon carbide fibers. The spinning solution for the electrospinning of a polymer precursor of silicon carbide fibers contains a 50-70% solution of polycarbosilane with an average molecular weight of 800-1500 a.m.u., a crosslinking agent and a photoinitiator in the following molar ratio of components: polycarbosilane/crosslinking agent/photoinitiator = 1/( 0.5-1.5)/(0.5-2). The method for producing silicon carbide fibers includes preparing a spinning solution, electrospinning silicon carbide precursor fibers from the spinning solution with simultaneous crosslinking of the precursor fibers by irradiation with light in the visible or ultraviolet radiation range, and heat treatment of the precursor fibers to convert them into silicon carbide fibers. Silicon carbide fibers made according to this process have an average diameter of 50 nm to 2 µm and a porosity of less than 10 m 2 /g.
[0007] Недостатком известного изобретения является малый средний диаметр волокон карбида кремния, изготовленных по указанному способу, а также невозможность получения длинномерных непрерывных бескерновых волокон SiC при данных условиях изготовления. [0007] A disadvantage of the known invention is the small average diameter of the silicon carbide fibers produced by this method, as well as the impossibility of obtaining long-length continuous coreless SiC fibers under these manufacturing conditions.
[0008] Из уровня техники известны стехиометрические волокна карбида кремния из термохимически отвержденных полисилазанов (патент США US2011212329, МПК COIB 31/36, опубликован 01.09.2011). Поликристаллическое стехиометрическое тонкое SiC- волокно, практически не содержащее примесей, получают с использованием прекурсора - керамического полимера. Керамический полимер получают взаимодействием смеси хлордисилана, трихлорида бора и винилхлордисилана с избытком гексаметилдисилазана с образованием керамической полимерной смолы, которую затем можно подвергнуть прядению, отверждению, пиролизу и термообработке, и получить готовое волокно SiC. [0008] Stoichiometric silicon carbide fibers from thermochemically cured polysilazanes are known from the prior art (US patent US2011212329, IPC COIB 31/36, published 09/01/2011). Polycrystalline stoichiometric thin SiC fiber, practically free of impurities, is obtained using a ceramic polymer precursor. The ceramic polymer is produced by reacting a mixture of chlorodisilane, boron trichloride, and vinylchlorodisilane with an excess of hexamethyldisilazane to form a ceramic polymer resin, which can then be spun, cured, pyrolyzed, and heat treated to form a finished SiC fiber.
[0009] Недостатками известного изобретения являются недостаточные прочностные характеристики карбидокремниевого волокна, а также сложная процедура подготовки используемого углеволоконного прекурсора. [0010] Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ получения карбидокремниевого волокна (патент Японии JP2019137935, МПК С01В 32/977, D01F 9/10, опубликован 22.08.2019), включающий в себя: стадию получения поликарбосилана, стадию сухого прядения для получения поликарбосилана в форме волокна, и стадию обжига для получения карбидокремниевого волокна из поликарбосиланового волокна. Полученное волокно из карбида кремния является недорогим и имеет диаметр 10 мкм или меньше. [0009] The disadvantages of the known invention are the insufficient strength characteristics of the silicon carbide fiber, as well as the complex procedure for preparing the used carbon fiber precursor. [0010] The closest analogue, taken as a prototype, is a method for producing silicon carbide fiber (Japanese patent JP2019137935, IPC C01B 32/977, D01F 9/10, published on 08/22/2019), including: a stage for obtaining polycarbosilane, a dry spinning stage for obtaining polycarbosilane in fiber form; and a firing step for producing silicon carbide fiber from the polycarbosilane fiber. The resulting silicon carbide fiber is inexpensive and has a diameter of 10 µm or less.
[ООП] Недостатком прототипа является наличие примесного водорода в составе волокна вследствие участия газообразного водорода в процессе карбонизации волокна. [OOP] The disadvantage of the prototype is the presence of impurity hydrogen in the composition of the fiber due to the participation of gaseous hydrogen in the process of carbonization of the fiber.
[0012] Техническим результатом изобретения является возможность получения непрерывных бескерновых карбидокремниевых волокон, повышение их прочностных характеристик, повышение устойчивости к высоким температурам и высокое сопротивление ползучести, стабильность свойств волокон, оптимальный средний диаметр волокон, упрощение процедуры подготовки используемого углеволоконного прекурсора, отсутствие посторонних примесей в составе волокон. [0012] The technical result of the invention is the possibility of obtaining continuous coreless silicon carbide fibers, increasing their strength characteristics, increasing resistance to high temperatures and high creep resistance, stability of fiber properties, optimal average fiber diameter, simplifying the procedure for preparing the used carbon fiber precursor, the absence of impurities in the composition fibers.
[0013] Способ получения бескернового карбидокремниевого волокна Р-модификации, согласно настоящему изобретению, включает последовательные стадии формования волокна из расплава волокнообразующего кремнийорганического полимера, термохимической окислительной сшивки, карбонизации и аппретирования волокна. [0013] The method for producing coreless silicon carbide fiber P-modification, according to the present invention, includes the successive stages of spinning a fiber from a melt of a fiber-forming organosilicon polymer, thermochemical oxidative crosslinking, carbonization and sizing of the fiber.
[0014] Изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами. [0014] The invention is illustrated in the following drawings.
[0015] На фиг. 1 показан график изменения массы волокна поликарбосилана (ПКС) при различных условиях термоокислительной сшивки. [0015] FIG. 1 shows a plot of polycarbosilane (PCS) fiber weight change under various thermal-oxidative crosslinking conditions.
[0016] На фиг. 2 показана типичная программа карбонизации ПКС -волокна. [0016] FIG. 2 shows a typical PCC fiber carbonization program.
[0017] На фиг. 3 приведена таблица, показывающая температурные характеристики ПКС, определяемые до процесса формования. [0017] FIG. 3 is a table showing the temperature characteristics of PCBs determined prior to the molding process.
[0018] На фиг. 4 показан экструзионно-формовочный узел для формования многофиламентного полимерного волокна из ПКС, где 1 - загрузочный бункер; 2 - материальный цилиндр; 3 - шнек; 4 - муфта; 5 - привод экструдера; 6 - нагревательные элементы; 7 - шестеренчатый насос; 8 - привод шестеренчатого насоса; 9 - фильерный комплект; 10 - подфильерная печь; 11 - устройство намотки волокна; 12 - вакуумный насос. [0018] FIG. 4 shows an extrusion-forming unit for forming a multifilament polymer fiber from PCS, where 1 is a loading hopper; 2 - material cylinder; 3 - auger; 4 - clutch; 5 - extruder drive; 6 - heating elements; 7 - gear pump; 8 - gear pump drive; 9 - spinneret set; 10 - under-die furnace; 11 - fiber winding device; 12 - vacuum pump.
[0019] На фиг. 5 показана схема фильерного комплекта, где 13 - стакан (корпус); 14 - фильера; 15 - перфорированный диск; 16 - фильтр расплава; 17 - соединительная втулка; 18 - гайка; 19 - прокладка. [0019] FIG. 5 shows a diagram of a spinneret set, where 13 is a glass (body); 14 - die; 15 - perforated disc; 16 - melt filter; 17 - connecting sleeve; 18 - nut; 19 - gasket.
[0020] На фиг. 6 показана фотография гранул ПКС. [0021] На фиг. 7 показана фотография приемного устройства, включающего в себя устройство намотки волокна и устройство раскладки волокна. [0020] FIG. 6 shows a photograph of PCS granules. [0021] In FIG. 7 is a photograph of a receiver including a fiber winder and a fiber spreader.
[0022] На фиг. 8 и 9 показаны фотографии шпуль с полимерным волокном из ПКС. [0022] FIG. 8 and 9 show photographs of PCS polymer fiber spools.
[0023] На фиг. 10 приведена таблица, показывающая основные параметры экструзии волокна на экструзионно-формовочном узле. [0023] FIG. 10 is a table showing the main parameters of fiber extrusion on the extrusion molding unit.
[0024] На фиг. 11 показана фотография графитового шпулярника. [0024] FIG. 11 shows a photograph of a graphite creel.
[0025] На фиг. 12 показана фотография волокон, подготовленных для карбонизации. [0025] FIG. 12 shows a photograph of fibers prepared for carbonization.
[0026] На фиг. 13 показан термогравиметрический анализ (ТГА) окисленного волокна. [0026] FIG. 13 shows a thermogravimetric analysis (TGA) of an oxidized fiber.
[0027] На фиг. 14-19 показаны фотографии внешнего вида 0-SiC волокна. [0027] In FIG. 14-19 show photographs of the appearance of 0-SiC fiber.
[0028] На фиг. 20 показана принципиальная схема нанесения аппрета на волокно 0-SiC, где 20 - стаканы с аппретом и мотками волокон 0-SiC; 21 - крючок; 22 - печь; 23 - ролик; 24 - намоточное устройство; 25 - готовая нить. [0028] In FIG. 20 shows a schematic diagram of applying a sizing to a 0-SiC fiber, where 20 are cups with a sizing and coils of 0-SiC fibers; 21 - hook; 22 - oven; 23 - roller; 24 - winding device; 25 - finished thread.
[0029] На фиг. 21 показана фотография стакана с аппретом и с мотком волокон 0-SiC. [0029] FIG. 21 shows a photograph of a cup with a sizing and a coil of 0-SiC fibers.
[0030] На фиг. 22 и 23 показана поверхность 0-SiC волокна (увеличение х500). [0030] FIG. 22 and 23 show the surface of the 0-SiC fiber (x500 magnification).
[0031] На фиг. 24-31 показана микрофотография, созданная с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) волокна 0-SiC. [0031] In FIG. 24-31 show a scanning electron microscopy (SEM) micrograph of a 0-SiC fiber.
[0032] На фиг. 32 приведена таблица, показывающая характеристики опытной партии волокна из 0-SiC. [0032] FIG. 32 is a table showing the characteristics of a pilot batch of 0-SiC fiber.
[0033] На фиг. 33 и 34 показана опытная партия бескернового карбидокремниевого волокна 0-модификации. [0033] FIG. 33 and 34 show a pilot batch of 0-modification coreless silicon carbide fiber.
[0034] Получение тугоплавких бескерновых волокон карбида кремния заключается в формовании волокна из расплава волокнообразующего кремнийорганического полимера с последующим его отверждением, пиролизом и получением SiC филамента. [0034] Obtaining refractory coreless silicon carbide fibers consists in spinning a fiber from a melt of a fiber-forming organosilicon polymer, followed by its curing, pyrolysis and obtaining a SiC filament.
[0035] Ключевой особенностью бескерновых волокон SiC является их ультратонкая микроструктура, которая придает высокую прочность на растяжение. Их ползучесть и термическое сопротивление, в основном, определяются стехиометрией и, в частности, содержанием кислорода. Поэтому бескерновые карбидокремниевые волокна с пониженным содержанием кислорода имеют лучшую устойчивость к высоким температурам и более высокое сопротивление ползучести. [0035] A key feature of coreless SiC fibers is their ultrafine microstructure, which imparts high tensile strength. Their creep and thermal resistance are mainly determined by the stoichiometry and, in particular, by the oxygen content. Therefore, oxygen-reduced coreless silicon carbide fibers have better high temperature resistance and higher creep resistance.
[0036] Сущность изобретения заключается в том, что для получения бескернового карбидокремниевого волокна 0-модификации осуществляют формование многофиламентного полимерного волокна методом экструзии из расплава волокнообразующего кремнийорганического полимера, осуществляют термоокислительную сшивку, карбонизацию полученного отвержденного полимерного волокна с получением бескернового карбидокремниевого волокна P-модификации, и аппретирование карбидокремниевого волокна -модификации. [0036] The essence of the invention lies in the fact that in order to obtain a coreless silicon carbide fiber of 0-modification, a multifilament polymer fiber is formed by extrusion from a melt of a fiber-forming organosilicon polymer, thermal oxidative crosslinking is carried out, carbonization of the obtained cured polymer fiber to obtain coreless silicon carbide fiber P-modification, and sizing of silicon carbide fiber -modification.
[0037] В качестве волокнообразующего кремнийорганического полимера был выбран поликарбосилан (ПКС) с метильными заместителями и метиленовыми мостиками - поли(олиго)диметилсилиленметилены, так как после их пиролиза образуется наиболее близкий к стехиометрическому составу карбид кремния. Большая часть избыточного углерода из боковых метильных групп удаляется в процессе пиролиза и не попадает в керамику. [0037] Polycarbosilane (PCS) with methyl substituents and methylene bridges - poly(oligo)dimethylsilylenemethylenes - was chosen as a fiber-forming organosilicon polymer, since after their pyrolysis, silicon carbide closest to the stoichiometric composition is formed. Most of the excess carbon from the side methyl groups is removed during the pyrolysis process and does not enter the ceramic.
[0038] Для непрерывного и стабильного процесса получения бескерновых керамических волокон необходимо, чтобы кремнийорганический полимер имел относительную (среднечисловую) молекулярную массу -1000^-2500 и подходящие вязкоупругие свойства для обеспечения стабильного формования и вытягивания волокон без обрыва. [0038] A continuous and stable process for producing coreless ceramic fibers requires that the organosilicon polymer have a relative (number average) molecular weight of -1000^-2500 and suitable viscoelastic properties to ensure stable spinning and fiber drawing without breakage.
[0039] Подходящим сырьем для синтеза ПКС является полидиметилсилан, поскольку он обладает приемлемым стехиометрическим соотношением Si:C (2:1), доступен с экономической точки зрения, не содержит в своём составе кислорода, отрицательно влияющего на свойства конечного продукта, а реакция разложения протекает сравнительно быстро без катализаторов. [0039] A suitable raw material for the synthesis of PCS is polydimethylsilane, since it has an acceptable stoichiometric ratio of Si: C (2: 1), is affordable from an economic point of view, does not contain oxygen, which adversely affects the properties of the final product, and the decomposition reaction proceeds relatively quickly without catalysts.
[0040] Первая стадия способа - это осуществление формования аморфного многофиламентного полимерного волокна методом экструзии из расплава волокнообразующего кремнийорганического полимера, в качестве которого выбран поликарбосилан. [0040] The first stage of the method is the implementation of the formation of an amorphous multifilament polymer fiber by melt extrusion of a fiber-forming organosilicon polymer, which is selected as polycarbosilane.
[0041] Экструзия - метод и процесс получения изделий из полимерных материалов путём продавливания расплава материала через формующее отверстие - фильеру. Оборудованием для данного метода является экструдер. Основной функцией экструдера является обеспечение достаточного по величине давления в материале, которое позволит протолкнуть материал через экструзионную головку. [0041] Extrusion is a method and process for producing products from polymeric materials by forcing a material melt through a forming hole - a die. The equipment for this method is an extruder. The main function of the extruder is to provide enough pressure in the material to force the material through the die.
[0042] Экструзионно-формовочный узел для формования бескернового непрерывного волокна карбида кремния работает в соответствии со следующей методикой: [0042] An extrusion forming unit for forming a coreless silicon carbide continuous fiber operates in accordance with the following methodology:
1. Загружают полимерный материал в виде кусков, гранул или стружки в герметичный загрузочный бункер экструдера, с возможностью вакуумирования и продувки инертным газом; 1. The polymeric material is loaded in the form of pieces, granules or chips into the hermetic loading hopper of the extruder, with the possibility of vacuuming and purging with an inert gas;
2. Подают полимерный материал из загрузочного бункера экструдера в узел подготовки расплава полимера, подогреваемый до выбранной температуры, но не более 400 °C (при этом для выбора температуры определяют оптимальную температуру формования); 2. The polymer material is fed from the extruder feed hopper to the polymer melt preparation unit, heated to the selected temperature, but not more than 400 °C (in this case, to select the temperature, the optimal molding temperature is determined);
3. Подают подготовленный расплав полимера на герметичный подогреваемый узел формования волокна, в котором экструзионный редукторный (шестерёнчатый) насос с регулируемой частотой вращения, приводимый в движение электродвигателем, непрерывно с определенной скоростью и давлением нагнетает расплавленный полимер на головку экструдера (фильерный узел), при этом расплав полимера, распределяясь по всей площади поверхности фильеры, продавливается через все отверстия с одинаковой скоростью, что позволяет получать пучок непрерывных волокон необходимой длины с заданными параметрами по количеству филаментов и диаметру каждого филамента; 3. The prepared polymer melt is fed to a hermetic heated fiber forming unit, in which an extrusion gear (gear) pump with an adjustable speed, driven by an electric motor, continuously pumps the melted polymer onto the extruder head (spinneret unit) at a certain speed and pressure, while the polymer melt, being distributed over the entire surface area of the die, is forced through all the holes at the same speed, which makes it possible to obtain a bundle of continuous fibers of the required length with the given parameters in terms of the number of filaments and the diameter of each filament;
4. Осуществляют постепенное охлаждение с последующим отверждением полученного пучка волокон в инертной атмосфере после выхода из фильерного узла - сначала в подогреваемом подфильерном пространстве, затем с охлаждением в среде инертного газа до комнатной температуры; 4. Gradual cooling is carried out, followed by curing of the resulting bundle of fibers in an inert atmosphere after leaving the spunbond assembly - first in a heated sub-spinnery space, then with cooling in an inert gas medium to room temperature;
5. Осуществляют приёмку остывшего пучка волокон на выходе из шахты охлаждения с намоткой его на шпули. 5. The cooled fiber bundle is received at the exit from the cooling shaft with its winding on spools.
[0043] Оптимальная температура формования (или так называемая Тх.н. - температура хорошей нити) выбирается из соображений вязкости и температуры деструкции полимера. Для каждого конкретного образца эта температура несколько различается. Выбор оптимальной температуры формования осуществляется исходя из характеристических температур полимера: температура выбирается из интервала выше температуры начала волокнообразования (Т2) и ниже температуры каплепадения (Тз). Проведенные испытания показывают, что оптимальная температура формования в среднем на 30-40°С выше температуры начала волокнообразования (Т2). Можно отметить, что при более низкой вязкости улучшается формуемость полимера. [0043] The optimal spinning temperature (or the so-called T c.n. - the temperature of a good thread) is selected from considerations of viscosity and temperature of degradation of the polymer. For each specific sample, this temperature is slightly different. The choice of the optimal molding temperature is carried out on the basis of the characteristic temperatures of the polymer: the temperature is selected from the interval above the fiberization start temperature (T 2 ) and below the dropping point (Tz). The tests carried out show that the optimal molding temperature is on average 30-40°C higher than the fiberization start temperature (T 2 ). It can be noted that at a lower viscosity, the moldability of the polymer is improved.
[0044] Приемку сформованного полимерного волокна из экструзионно-формовочного узла осуществляют на специальное приемное устройство, которое включает в себя устройство намотки волокна и устройство раскладки волокна. [0044] Reception of the formed polymer fiber from the extrusion-forming unit is carried out on a special receiving device, which includes a fiber winding device and a fiber layout device.
[0045] Скорость раскладчика в устройстве раскладки волокна позволяет изменять угол намотки волокна на шпулю, то есть при снижении скорости и уменьшении угла намотки осуществляется параллельная намотка, при повышении скорости и увеличении угла намотки - крестовая намотка. [0046] Скорость намотки в устройстве намотки волокна может изменяться в диапазонах от 1 до 1500 оборотов в минуту, при этом в настоящем изобретении используемая скорость намотки варьируется в диапазоне 400-800 об./мин. Она непосредственным образом влияет на подфильерную вытяжку волокна, и способствует ориентационной вытяжке макромолекул ПКС. В процессе формования происходит фильерная вытяжка волокна, за счет того, что скорость приемки выше, чем скорость подачи расплавленного полимера из фильеры. [0045] The speed of the spreader in the fiber spreader allows you to change the angle of winding the fiber on the spool, that is, when the speed decreases and the winding angle decreases, parallel winding occurs, when the speed increases and the winding angle increases, cross winding occurs. [0046] The winding speed in the fiber winder can be varied in the range of 1 to 1500 rpm, while in the present invention, the winding speed used varies in the range of 400-800 rpm. It directly influences the under-spinner drawing of the fiber and promotes the orientational drawing of PCS macromolecules. During the spinning process, spinning of the fiber occurs, due to the fact that the acceptance rate is higher than the feed rate of the molten polymer from the spinneret.
[0047] Таким образом, для осуществления первой стадии способа у каждой партии поликарбосилана предварительно определяют температуру начала волокнообразования и температуру каплепадения, затем при комнатной температуре в экструдер вводят поликарбосилан (в виде кусков, гранул или стружки размером 2-7 мм) и производят нагрев поликарбосилана до оптимальной температуры формования, выбранной из интервала выше температуры начала волокнообразования и ниже температуры каплепадения, с получением гомогенного расплава поликарбосилана. Выдавливают расплав поликарбосилана через фильеру при давлении 1, 5-4,0 МПа с образованием полимерного волокна. Образованное полимерное волокно постепенно охлаждают в инертной атмосфере до комнатной температуры с последующим отверждением. Осуществляют приемку полимерного волокна на устройство намотки волокна, имеющее скорость намотки большую, чем скорость подачи полимерного волокна. В результате образуется сформованное полимерное волокно. В качестве инертной атмосферы можно использовать, например, газ азот или аргон. [0047] Thus, for the implementation of the first stage of the method, each batch of polycarbosilane is preliminarily determined by the temperature of the start of fiber formation and the dropping point, then polycarbosilane is introduced into the extruder at room temperature (in the form of pieces, granules or chips with a size of 2-7 mm) and the polycarbosilane is heated to the optimal molding temperature selected from the range above the fiberization start temperature and below the dropping point, to obtain a homogeneous polycarbosilane melt. Polycarbosilane melt is squeezed out through a die at a pressure of 1.5-4.0 MPa to form a polymer fiber. The formed polymer fiber is gradually cooled in an inert atmosphere to room temperature, followed by curing. The polymer fiber is received by a fiber winding device having a winding speed greater than the polymer fiber feed rate. As a result, a formed polymer fiber is formed. As an inert atmosphere, nitrogen or argon gas can be used, for example.
[0048] Следует отметить, что процесс формования является важным этапом на пути к получению качественных полимерных волокон, так как дефекты, образовавшиеся при формовании (наплывы, газовые включения), впоследствии переходят в готовое керамическое волокно, что в значительной степени отрицательно сказывается на его прочности. Выбранные согласно настоящему изобретению параметры формования позволяют получить оптимальное течение расплава - без наличия газовых образований (пузырьков) в полимерном волокне, которые либо останутся в волокне, либо приведут к обрыву; без налипания экструдата на наружную поверхность фильеры. [0048] It should be noted that the spinning process is an important step towards obtaining high-quality polymer fibers, since the defects formed during spinning (sagging, gas inclusions) subsequently pass into the finished ceramic fiber, which largely negatively affects its strength . The spinning parameters selected according to the present invention make it possible to obtain an optimal melt flow - without the presence of gas formations (bubbles) in the polymer fiber, which will either remain in the fiber or lead to breakage; without extrudate sticking to the outer surface of the die.
[0049] Вторая стадия способа - это осуществление термоокислительной сшивки - отверждение (окисление) на воздухе при повышенной температуре по следующей схеме: снч 1 сн 111 О оО сл—- — н 1 т JC — Si — С — Si— + 3 С>2 - *■ " —Si— С — Si— + 2n + n CO2 к 1 Н, 1 сн3 сн3 с 1 н3 Н2 2 А ? _ п n ° S~т [0049] The second stage of the method is the implementation of thermal-oxidative crosslinking - curing (oxidation) in air at an elevated temperature according to the following scheme: sn h 1 sn 1 11 O oO sl - - n 1 t JC - Si - C - Si - + 3 C> 2 - * ■ " - Si - C - Si - + 2n + n CO 2 to 1 H, 1 sn 3 sn 3 s 1 n 3 H 2 2 A _ p n ° S ~ t
[0050] Сшивка п 1 ~о 11л _ имерных молекул происходит за счёт окисления групп Si-H и Si- СНз и образования новых связей Si— О— Si и Si-0-С. При этом масса волокон увеличивается в среднем на 6-15 %. [0050] Cross-linking of n 1 ~ o 11l _ imer molecules occurs due to the oxidation of the Si-H and Si-CH3 groups and the formation of new Si-O-Si and Si-0-C bonds. At the same time, the mass of fibers increases by an average of 6-15%.
[0051] При исследованиях для выбора оптимальных параметров паковки на графитовой фольге, а также отдельные волокна, отверждали в печи окисления при температурах до 175-300 °C со скоростью нагрева 3-10 °С/ч. [0051] In studies to select the optimal package parameters, graphite foil, as well as individual fibers, were cured in an oxidation oven at temperatures up to 175-300 ° C with a heating rate of 3-10 ° C / h.
[0052] После исследования образцов было определено, что образцы получили различный элементный состав вследствие разных режимов окисления. Кроме того, по изменению массы волокон, т.е. привесу при различных условиях, можно судить о наиболее эффективной температуре, при которой происходит термоокислительная сшивка. Из фиг. 1 видно, что это температуры до 250 °C, так как далее происходит снижение массы, и как следствие начало деструкции с удалением низкомолекулярных продуктов. [0052] After examining the samples, it was determined that the samples received a different elemental composition due to different oxidation regimes. In addition, according to the change in the mass of fibers, i.e. weight gain under different conditions, one can judge the most effective temperature at which thermal-oxidative crosslinking occurs. From FIG. It can be seen from Table 1 that these are temperatures up to 250 °C, since then a decrease in mass occurs, and as a result, degradation begins with the removal of low molecular weight products.
[0053] Таким образом, можно судить об оптимальной температуре термоокислительной сшивки, выбранной из интервала 175-250 °C. Оптимальная скоростью нагрева 3-10 °С/ч. Полученные сформованные полимерные волокна, намотанные на графитовые паковки, отверждают в печи окисления при выбранной температуре до увеличения массы на 6-15%. [0053] Thus, it is possible to judge the optimal temperature of thermal-oxidative crosslinking, selected from the range of 175-250 °C. The optimal heating rate is 3-10 °C/h. The resulting spun polymer fibers wound on graphite packages are cured in an oxidation oven at a selected temperature to increase the weight by 6-15%.
[0054] Третья стадия способа - это осуществление карбонизации полученного отвержденного полимерного волокна с переводом его в керамическую фазу. [0054] The third stage of the method is the implementation of the carbonization of the obtained cured polymer fiber with its translation into the ceramic phase.
[0055] Для этого отвержденное полимерное волокно подвергают обработке в высокотемпературной печи в инертной атмосфере или в вакууме со ступенчатым нагревом до температуры 1100-1300 °C при скорости нагрева 2,5-5 °С/мин. В качестве инертной атмосферы можно использовать, например, газ азот и/или аргон. [0055] To do this, the cured polymer fiber is processed in a high-temperature furnace in an inert atmosphere or in a vacuum with stepped heating to a temperature of 1100-1300 °C at a heating rate of 2.5-5 °C/min. As an inert atmosphere, nitrogen and/or argon gas can be used, for example.
[0056] Реакция протекает по схеме: [0056] The reaction proceeds according to the scheme:
N2, АГ 1 1 1 + 0.2п Н2о+ 0.9п СО2 + о.бп СН4 + 2.6n Н2 + o.5n С ~ГГГ п п N 2 , AG 1 1 1 + 0.2p H 2 o+ 0.9p CO 2 + o.bp CH 4 + 2.6n H 2 + o.5n C ~GGG p p
[0057] При этом осуществляют обязательную выдержку по 30 мин при температурах 400, 700 и 1250 °C, так как данные температуры соответствуют интенсивному удалению из материала низкомолекулярных веществ. Разработанная программа карбонизации ПКС- волокна представлена на фиг. 2. [0057] At the same time, a mandatory exposure is carried out for 30 minutes at temperatures of 400, 700 and 1250 ° C, since these temperatures correspond to intensive removal from material of low molecular weight substances. The developed PCS fiber carbonization program is shown in Fig. 2.
[0058] Таким образом, программа ступенчатого нагрева при карбонизации волокон ПКС в высокотемпературной вакуумной печи в соответствии с вышеописанными требованиями включает следующие стадии: [0058] Thus, the staged heating program for the carbonization of PCS fibers in a high-temperature vacuum furnace in accordance with the above requirements includes the following stages:
1. Вакуумирование печи (до уровня 100 Па); 1. Vacuuming the oven (up to 100 Pa);
2. Заполнение пространства печи инертным газом (при необходимости); 2. Filling the furnace space with an inert gas (if necessary);
3. Нагрев до 400 °C при скорости нагрева 2,5-5 °С/мин; 3. Heating up to 400 °C at a heating rate of 2.5-5 °C/min;
4. Выдержка 30 минут при 400 °C; 4. Exposure 30 minutes at 400 °C;
5. Нагрев до 700 °C при скорости нагрева 2,5-5 °С/мин; 5. Heating up to 700 °C at a heating rate of 2.5-5 °C/min;
6. Выдержка 30 минут при 700 °C; 6. Exposure 30 minutes at 700 °C;
7. Нагрев до 1250 °C при скорости нагрева 2,5-5 °С/мин; 7. Heating up to 1250 °C at a heating rate of 2.5-5 °C/min;
8. Выдержка 30 минут при 1250 °C; 8. Exposure 30 minutes at 1250 °C;
9. Охлаждение печи. 9. Furnace cooling.
[0059] Общее время технологического процесса без учета охлаждения печи составляет около 7 часов. Данная программа является типовой, она подходит для работы в вакууме и в инертной среде. [0059] The total process time, excluding oven cooling, is about 7 hours. This program is typical, it is suitable for work in vacuum and in an inert environment.
[0060] Затем высокотемпературную печь охлаждают. [0060] The high temperature furnace is then cooled down.
[0061] Четвертая стадия способа — это осуществление аппретирования полученного карбидокремниевого волокна 0-модификации. [0061] The fourth step of the method is the sizing of the resulting 0-modification silicon carbide fiber.
[0062] Целью аппретирования является улучшение технологических свойств нитей и жгутов: облегчение процессов переработки (например, ткачества), защита хрупкого волокна от механического повреждения в процессе переработки, снижение электризуемости. Аппретирующий состав, как правило, представляет собой эмульсию или суспензию, состоящую из полимерных компонентов - эмульгаторов, пленкообразующих, антистатических и соединяющих агентов, способствующих выравниванию и защите волокна, улучшающих его смачиваемость. [0062] The purpose of sizing is to improve the technological properties of threads and tows: facilitating processing processes (for example, weaving), protecting brittle fibers from mechanical damage during processing, and reducing electrification. The sizing composition, as a rule, is an emulsion or suspension consisting of polymeric components - emulsifiers, film-forming, antistatic and connecting agents that help level and protect the fiber, improve its wettability.
[0063] В качестве аппрета можно выбрать, в частности, раствор поливинилового спирта с дистиллированной водой. Поливиниловый спирт является превосходным эмульгирующим, адгезионным и пленкообразующим полимером. Он обладает высокой прочностью на разрыв и гибкостью. [0063] As a coupling agent, in particular, a solution of polyvinyl alcohol with distilled water can be selected. Polyvinyl alcohol is an excellent emulsifying, adhesive and film forming polymer. It has high tensile strength and flexibility.
[0064] При подборе концентрации раствора поливинилового спирта с дистиллированной водой использовались следующие концентрации раствора: 0,25 %, 0,5 %, 1 % и 3 %. В результате проведенных экспериментов было установлено, что, чем выше концентрация раствора, тем более жесткой и хрупкой получается готовая нить. Поэтому была выбрана минимальная концентрация (0,25 %), которая являлась оптимальной для нанесения аппретирующего состава на волокна (3-SiC. [0064] When selecting the concentration of a solution of polyvinyl alcohol with distilled water, the following solution concentrations were used: 0.25%, 0.5%, 1% and 3%. AT As a result of the experiments, it was found that the higher the concentration of the solution, the more rigid and brittle the finished thread is. Therefore, the minimum concentration (0.25%) was chosen, which was optimal for applying the sizing composition to the fibers (3-SiC.
[0065] Таким образом, одним из вариантов аппретирования является помещение карбидокремниевого волокна в емкость с раствором поливинилового спирта концентрацией 0,25%, с последующей сушкой до достижения постоянной массы. [0065] Thus, one of the sizing options is to place the silicon carbide fiber in a container with a solution of polyvinyl alcohol at a concentration of 0.25%, followed by drying until a constant weight is reached.
[0066] Непосредственно перед использованием бескернового карбидокремниевого волокна P-модификации аппрет следует смывать. Преимуществом выбранного аппрета является простота удаления его с поверхности волокна без использования органических растворителей. А именно, для удаления аппрета бескерновое карбидокремниевое волокно P-модификации промывают в теплой воде, имеющей температуру 35—40 °C, и сушат при температуре 600 °C в течение 30 мин на воздухе. [0066] Immediately prior to use of the P-modification coreless silicon carbide fiber, the sizing should be washed off. The advantage of the selected sizing is the ease of its removal from the fiber surface without the use of organic solvents. Namely, to remove the sizing, P-modification coreless silicon carbide fiber is washed in warm water at a temperature of 35–40 °C and dried at a temperature of 600 °C for 30 min in air.
[0067] Выбор указанного аппрета не ограничивает настоящее изобретение, а является одним из возможных вариантов выполнения. [0067] The choice of the specified sizing does not limit the present invention, but is one of the possible options.
[0068] Примеры осуществления способа получения бескернового карбидокремниевого волокна Р-мо дификации. [0068] Examples of the method for producing P-modification coreless silicon carbide fiber.
[0069] Пример 1. [0069] Example 1.
[0070] Формование многофиламентного полимерного волокна, являющееся первой стадией способа получения бескернового карбидокремниевого волокна Р-модификации, осуществлялось методом экструзии из поликарбосилана (ПКС). [0070] The formation of a multifilament polymer fiber, which is the first step in the process for producing a P-modification coreless silicon carbide fiber, was carried out by polycarbosilane (PCS) extrusion.
[0071] Предварительно у образца ПКС определили оптимальные температуры переработки. В результате получили данные: температура размягчения (Т[) 200°С, температура начала волокнообразования (Т2) 220°С и температура каплепадения (Тз) 280°С. Температуру хорошей нити Тх н. (оптимальную температуру формования) выбрали на 30°С больше температуры начала волокнообразования - 250°С. В таблице на фиг. 3 представлены температурные характеристики, образец № 1. [0071] Preliminary, the optimal processing temperatures were determined for the PKC sample. As a result, the following data were obtained: softening temperature (T[) 200°C, fiberization start temperature (T 2 ) 220°C and dropping point (Tz) 280°C. The temperature of a good thread T x n . (optimum molding temperature) was chosen 30°C more than the fiberization start temperature - 250°C. In the table in Fig. 3 shows the temperature characteristics, sample No. 1.
[0072] Далее заранее включили экструдер (экструзионно-формовочный узел) и настроили нагрев рабочих частей с учетом оптимальной температуры формования (Тх н.) 250°С. [0072] Next, the extruder (extrusion-forming unit) was turned on in advance and the heating of the working parts was set up, taking into account the optimal molding temperature (T x n .) 250°C.
[0073] Принципиальная схема экструдера для формования многофиламентного полимерного волокна из ПКС представлена на фиг. 4. Экструзионно-формовочный узел содержит загрузочный бункер 1, материальный цилиндр 2, шнек 3, муфту 4, привод 5 экструдера, нагревательные элементы 6, шестеренчатый насос 7, привод шестеренчатого насоса 8, фильерный комплект 9, подфильерную печь 10, устройство намотки волокна И, вакуумный насос 12. Схема фильерного комплекта 9 представлена на фиг. 5. Фильерный комплект 9 содержит коаксиальные последовательно расположенные конструктивные элементы - стакан (корпус) 13 в виде фланца, фильеру 14, перфорированный диск 15, фильтр расплава 16, соединительную втулку 17, гайку 18, прокладку 19. Количество отверстий в используемой фильере 14 равнялось 48 шт. Рабочий объем шестеренчатого насоса 7 равен 0,6 см3. [0073] A schematic diagram of an extruder for forming a multifilament polymer fiber from PCS is shown in FIG. 4. The extrusion-forming unit contains a loading hopper 1, a material cylinder 2, a screw 3, a coupling 4, a drive 5 extruder, heating elements 6, gear pump 7, gear pump drive 8, spunbond kit 9, spinneret oven 10, fiber winding device I, vacuum pump 12. Diagram of spunbond kit 9 is shown in Fig. 5. The spinneret kit 9 contains coaxial structural elements arranged in series - a cup (body) 13 in the form of a flange, a die 14, a perforated disk 15, a melt filter 16, a connecting sleeve 17, a nut 18, a gasket 19. The number of holes in the used spinneret 14 was 48 PCS. The working volume of the gear pump 7 is 0.6 cm 3 .
[0074] ПКС взяли в виде гранул размером 2 - 7 мм (фиг. 6) и загрузили в бункер 1 (см. фиг. 4), продули его инертным газом для предотвращения взаимодействия ПКС с кислородом воздуха, при этом бункер 1 вакуумировали с помощью вакуумного насоса 12. [0075] Подали полимерный материал из загрузочного бункера 1 в узел подготовки расплава полимера, подогреваемый с помощью нагревательных элементов 6 до температуры 250°С. Узел подготовки расплава полимера состоит из материального цилиндра 2 и шнека 3, который приводится в движение через муфту 4 электрическим приводом экструдера 5. [0074] PCS was taken in the form of granules with a size of 2 - 7 mm (Fig. 6) and loaded into bin 1 (see Fig. 4), it was purged with an inert gas to prevent the interaction of PCS with atmospheric oxygen, while hopper 1 was evacuated using vacuum pump 12. [0075] The polymer material was fed from the loading hopper 1 to the polymer melt preparation unit, which was heated by heating elements 6 to a temperature of 250°C. The polymer melt preparation unit consists of a material cylinder 2 and a screw 3, which is driven through a clutch 4 by an electric drive of the extruder 5.
[0076] В результате нагрева гранулы ПКС преобразовались в расплав ПКС с вязкостью 459,9 Па-с. [0076] As a result of heating, the PCS granules were transformed into a PCS melt with a viscosity of 459.9 Pa-s.
[0077] Затем подали подготовленный расплав ПКС на герметичный подогреваемый узел формования волокна, в котором шестерёнчатый насос 7 с регулируемой частотой вращения, приводимый в движение электродвигателем привода шестеренчатого насоса 8, непрерывно со скоростью 6 об./мин и давлением 5 МПа нагнетал расплавленный ПКС на фильерный комплект 9. При этом расплав ПКС, распределяясь по всей площади поверхности фильеры 14, продавливался через все 48 отверстий с одинаковой скоростью при давлении 3,00 МПа, что привело к образованию пучка непрерывных волокон. [0077] Then, the prepared PCS melt was fed to a sealed heated fiber spinning unit, in which the gear pump 7 with an adjustable speed, driven by the gear pump drive motor 8, continuously at a speed of 6 rpm and a pressure of 5 MPa pumped the melted PCS onto spinneret set 9. At the same time, the PCS melt, being distributed over the entire surface area of the spinneret 14, was forced through all 48 holes at the same speed at a pressure of 3.00 MPa, which led to the formation of a bundle of continuous fibers.
[0078] Далее осуществляли постепенное охлаждение с последующим отверждением полученного пучка волокон в инертной атмосфере - газе азоте. Сначала охлаждение происходит после выхода из фильерного комплекта 9 в подогреваемой подфильерной печи 10 в среде инертного газа, затем в среде инертного газа вне подфильерной печи 10 до комнатной температуры, при этом осуществляли приёмку остывшего сформованного полимерного волокна на устройство намотки волокна 11. [0078] Next, gradual cooling was carried out, followed by curing of the obtained bundle of fibers in an inert atmosphere - nitrogen gas. First, cooling occurs after exiting the spunbond set 9 in a heated under-spinning furnace 10 in an inert gas environment, then in an inert gas environment outside the under-spinning furnace 10 to room temperature, while the cooled formed polymer fiber was received at the fiber winding device 11.
[0079] Скорость намотки в устройстве намотки волокна 440 об./мин, что является большей скоростью, чем скорость подачи расплавленного полимерного волокна из фильеры - 6 об./мин, для осуществления подфильерной вытяжки волокна. [0080] Скорость раскладчика в устройстве раскладки волокна, равная 52 об./мин, позволяла изменять угол намотки волокна на шпулю. Приемочное устройство, включающее в себя устройство намотки волокна и устройство раскладки волокна, представлено на фиг. 7. [0079] The winding speed in the fiber winder is 440 rpm, which is a higher speed than the feed rate of the molten polymer fiber from the spinneret - 6 rpm, for under-die drawing of the fiber. [0080] The spreader speed in the fiber spreader, equal to 52 rpm, made it possible to change the angle of winding the fiber onto the spool. The receiving device, which includes a fiber winder and a fiber spreader, is shown in FIG. 7.
[0081] Образцы ПКС показали отличную способность к формованию, вытягивались в тонкую непрерывную нить, экструзия проходила без скачков давления, в экструдате не наблюдалось газовых включений. [0081] The PCS samples showed excellent formability, were drawn into a thin continuous filament, extrusion proceeded without pressure surges, and no gas inclusions were observed in the extrudate.
[0082] В результате была наработана партия полимерных волокон ПКС, которые представляют собой хрупкие волокна белого цвета толщиной 25 мкм. Наработанная партия волокон ПКС представлена на фиг. 8 и 9. После формования волокна, намотанные на графитовые паковки, взвесили на аналитических весах. [0082] As a result, a batch of PCS polymer fibers was produced, which are brittle white fibers with a thickness of 25 microns. The produced batch of PCS fibers is shown in Fig. 8 and 9. After spinning, the fibers wrapped around the graphite packages were weighed on an analytical balance.
[0083] В таблице на фиг. 10 представлены основные параметры экструзии волокна на экструзионно-формовочном узле, образец № 1. [0083] In the table in FIG. 10 shows the main parameters of fiber extrusion on the extrusion-forming unit, sample No. 1.
[0084] Далее осуществили вторую стадию способа, а именно, полимерное волокно подвергли термохимической сшивке - отверждению (окислению) на воздухе при температуре 175 °C со скоростью нагрева 3 °С/ч. [0084] Next, the second stage of the method was carried out, namely, the polymer fiber was subjected to thermochemical crosslinking - curing (oxidation) in air at a temperature of 175 ° C with a heating rate of 3 ° C / h.
[0085] Сшивка полимерных молекул произошла за счёт окисления групп Si-H и Si-СНз и образования новых связей Si-0-Si и Si-O-C. [0085] The crosslinking of polymer molecules occurred due to the oxidation of the Si-H and Si-CH3 groups and the formation of new Si-0-Si and Si-O-C bonds.
[0086] Волокна приобрели желтый оттенок, их масса при этом увеличилась в среднем на 6 %. [0086] The fibers turned yellow, while their weight increased by an average of 6%.
[0087] После проведения процесса окисления волокна, намотанные на графитовые паковки, взвесили на аналитических весах и установили на специальный шпулярник, выполненный из графита. На фиг. 11 представлен графитовый шпулярник. [0087] After the oxidation process, the fibers wound on graphite packages were weighed on an analytical balance and installed on a special creel made of graphite. In FIG. 11 shows a graphite creel.
[0088] Для осуществления третьей стадии способа отвержденное полимерное волокно ПКС перевели в керамическую фазу, то есть образец был карбонизован. Для этого его подвергли обработке в высокотемпературной вакуумной печи со ступенчатым нагревом до 1100-1300 °C в инертной атмосфере (газы азот N2 и Аг). [0088] For the implementation of the third stage of the method, the cured PCS polymer fiber was transferred to the ceramic phase, that is, the sample was carbonized. To do this, it was subjected to processing in a high-temperature vacuum furnace with stepped heating up to 1100-1300 ° C in an inert atmosphere (nitrogen gases N2 and Ar).
[0089] Шпулярник с волокнами установили в печь карбонизации, как показано на фиг. 12, печь закрыли и вакуумировали. Далее печь заполнили инертным газом, провели процесс карбонизации ПКС-волокна со ступенчатым нагревом по программе, включающей следующие стадии: [0089] The fiber creel was installed in the carbonization furnace as shown in FIG. 12, the oven was closed and evacuated. Next, the furnace was filled with an inert gas, and the PCS fiber carbonization process was carried out with stepped heating according to a program that included the following stages:
- Вакуумирование печи (до уровня 100 Па); - Vacuuming the oven (up to 100 Pa);
- Заполнение пространства печи инертным газом; - Filling the furnace space with an inert gas;
- Нагрев до 400 °C при скорости нагрева 4,4 °С/мин; 2,5-5 °С/мин- Heating up to 400 °C at a heating rate of 4.4 °C/min; 2.5-5 °С/min
- Выдержка при 400 °C (30 минут); - Нагрев до 700 °C при скорости нагрева 2,5 °С/мин; 2,5-5 °С/мин- Exposure at 400 °C (30 minutes); - Heating up to 700 °C at a heating rate of 2.5 °C/min; 2.5-5 °С/min
- Выдержка при 700 °C (30 минут); - Exposure at 700 °C (30 minutes);
- Нагрев до 1250 °C при скорости нагрева 4,5 °С/мин; 2,5-5 °С/мин- Heating up to 1250 °C at a heating rate of 4.5 °C/min; 2.5-5 °С/min
- Выдержка при 1250 °C (30 минут); - Exposure at 1250 °C (30 minutes);
- Охлаждение печи. - Furnace cooling.
[0090] Данная программа представлена на фиг. 2. [0090] This program is shown in FIG. 2.
[0091] Данные ТГА окисленного волокна, подтверждающие выбор температурных параметров программы, представлены на фиг. 13. [0091] Oxidized fiber TGA data supporting the choice of program temperature parameters is shown in FIG. 13.
[0092] Фотографии -SiC волокна после проведения процесса карбонизации представлены на фиг. 14-19. [0092] Photographs of the α-SiC fiber after the carbonization process are shown in FIG. 14-19.
[0093] Образованные карбидокремниевые волокна [3-модификации имели толщину 15-22 мкм. После карбонизации волокна приобрели черный цвет, блестящую поверхность, стала заметна значительная усадка (до 25 %), наблюдались цветные оттенки синего и коричневого цвета. [0093] The formed silicon carbide fibers [3 modifications had a thickness of 15-22 microns. After carbonization, the fibers acquired a black color, a shiny surface, significant shrinkage (up to 25%) became noticeable, color shades of blue and brown were observed.
[0094] Процесс получения карбидокремниевых волокон на четвертой, заключительной стадии, включает аппретирование. В качестве аппрета взяли раствор поливинилового спирта с дистиллированной водой концентрацией 0,25 %. [0094] The process of obtaining silicon carbide fibers in the fourth, final stage, includes sizing. A solution of polyvinyl alcohol with distilled water with a concentration of 0.25% was taken as a coupling agent.
[0095] Нанесение аппрета было осуществлено в соответствии со способом, представленным на фиг. 20. В стакан 20 с аппретом поместили моток волокон [З-SiC без катушки и изнутри (из его центра) сматывали пучок. Пучок проходил через направляющий крючок 21 в печь 22 для сушки аппрета. После выхода из печи пучок огибал ролик 23, и на намоточное устройство 24 наматывалась готовая многофиламентная нить [З-SiC с аппретом 25. Необходимо отметить, что количество стаканов с мотками волокон и аппретом для одновременного сматывания может достигать пяти в зависимости от необходимого количества филамент в готовой нити. [0095] The application of the sizing was carried out in accordance with the method shown in FIG. 20. A coil of [3-SiC] fibers without a coil was placed in glass 20 with a sizing, and a bundle was wound from the inside (from its center). The beam passed through the guide hook 21 into the oven 22 for drying the sizing. After exiting the furnace, the bundle went around roller 23, and the finished multifilament thread [3-SiC with a size of 25] was wound onto the winding device 24. It should be noted that the number of cups with coils of fibers and a size for simultaneous winding can reach five, depending on the required finished thread.
[0096] Стакан с аппретом и с мотком волокон P-SiC представлен на фиг. 21. [0096] A sizing cup with a coil of P-SiC fibers is shown in FIG. 21.
[0097] В результате было получено более 100 метров непрерывной длины готового аппретированного многофиламентного P-SiC. [0097] This resulted in over 100 meters of continuous length of finished sized multifilament P-SiC.
[0098] Изготовленное P-SiC волокно направили на проведение физико-химических исследований методами оптической микроскопии, СЭМ, ТГА, РФА (рентгенофазовый анализ) и др. [0098] The manufactured P-SiC fiber was sent for physical and chemical studies using optical microscopy, SEM, TGA, XRF (X-ray phase analysis), etc.
[0099] Микроструктурный и фазовый анализ P-SiC волокна. Морфология поверхности Р- SiC волокна была изучена методом оптической микроскопии с помощью металлографического микровизора pVizo-MET-221, Ломо Фотоника (Россия) при аппаратном увеличении х200-х500. [0099] Microstructural and phase analysis of P-SiC fiber. The surface morphology of the P-SiC fiber was studied by optical microscopy using metallographic microvisor pVizo-MET-221, Lomo Photonics (Russia) with hardware magnification x200-x500.
[0100] Полученные результаты представлены на фиг. 22-23, где изображена поверхность |3-SiC волокна (увеличение х500). На снимках видно, что волокна гладкие, без дефектов и имеют мелкозернистую структуру. [0100] The results obtained are shown in FIG. 22-23 showing the surface of the |3-SiC fiber (x500 magnification). The pictures show that the fibers are smooth, without defects and have a fine-grained structure.
[0101] Кроме того, морфология поверхности 0-SiC волокна была изучена методом СЭМ. Данные представлены на фигурах 24-31. [0101] In addition, the surface morphology of the 0-SiC fiber was studied by SEM. The data are presented in figures 24-31.
[0102] Микрофотографии СЭМ показали, что керамические волокна P-SiC диаметром 15- 22 мкм имеют плотную мелкозернистую структуру с размерами зерен порядка 16-30 нм. [0103] Определение фазового состава волокон карбида кремния проводилось методом порошковой рентгеновской дифракции, на порошковом рентгеновском дифрактометре Broker D8 Advance Vario, оснащенном Ge (111) монохроматором (CuKal излучение) и позиционно-чувствительным детектором LynxEye. [0102] SEM micrographs showed that P-SiC ceramic fibers with a diameter of 15-22 μm have a dense fine-grained structure with grain sizes of the order of 16-30 nm. [0103] Determination of the phase composition of silicon carbide fibers was carried out by powder x-ray diffraction, on a Broker D8 Advance Vario powder x-ray diffractometer equipped with a Ge (111) monochromator (CuKal radiation) and a LynxEye position-sensitive detector.
[0104] В результате проведенных исследований установлено, что все пики на дифрактограмме образцов соответствуют фазе карбида кремния. Сильное уширение пиков свидетельствует о низком размере областей когерентного рассеяния. Размер частиц, оцененный по методу Вильямсона-Холла, составляет 1,4 - 2,0 нм. [0104] As a result of the conducted studies, it was found that all peaks in the diffraction pattern of the samples correspond to the silicon carbide phase. The strong broadening of the peaks is indicative of the low size of the coherent scattering regions. The particle size, estimated by the Williamson-Hall method, is 1.4 - 2.0 nm.
[0105] Определение содержания кислорода, кремния, углерода, а также иных возможных примесей в 0-SiC волокне, проводилось с помощью СЭМ с приставкой ЭДС (энерго дисперсионный спектр). В результате проведенных исследований было установлено, что волокна -SiC состоят из кремния (43-56 ат. %), углерода (31—46 ат. %) и кислорода (8-11 ат. %). Посторонних примесей в волокнах и на их поверхности не обнаружено. [0105] The determination of the content of oxygen, silicon, carbon, as well as other possible impurities in the 0-SiC fiber, was carried out using an SEM with an EMF attachment (energy dispersive spectrum). As a result of the studies, it was found that -SiC fibers consist of silicon (43-56 at.%), carbon (31-46 at.%) and oxygen (8-11 at.%). Foreign impurities in the fibers and on their surface were not found.
[0106] Также были проведены исследования механических свойств [З-SiC волокна. [0106] Studies have also been conducted on the mechanical properties of [3-SiC fibers.
[0107] Для определения среднего диаметра волокна карбида кремния использовался металлографический микровизор p-Vizo-MET-221 Ломо Фотоника (Россия) при аппаратном увеличении х200 - х500. [0107] To determine the average diameter of a silicon carbide fiber, a metallographic microvisor p-Vizo-MET-221 Lomo Photonica (Russia) was used with a hardware magnification x200 - x500.
[0108] Физико-механические испытания волокон проводились путем разрушения опытного образца волокна с помощью разрывной машины Instron 5942. [0108] Physical-mechanical tests of the fibers were carried out by breaking a prototype fiber using an Instron 5942 tensile testing machine.
[0109] В таблице на фиг. 32 (образец № 1) приведены характеристики наработанной партии волокна [З-SiC, а на фиг. 33-34 представлены образцы партии волокна из карбида кремния. [0109] In the table in FIG. 32 (sample No. 1) shows the characteristics of the accumulated batch of fiber [3-SiC, and in Fig. 33-34 show samples of a batch of silicon carbide fibers.
[ОНО] Пример 2. [0111] Формование многофиламентного полимерного волокна, являющееся первой стадией способа получения бескернового карбидокремниевого волокна Р-модификации, осуществлялось методом экструзии из поликарбосилана (ПКС). [IT] Example 2. [0111] The formation of a multifilament polymer fiber, which is the first stage of the method for producing coreless silicon carbide fiber P-modification, was carried out by extrusion from polycarbosilane (PCS).
[0112] Предварительно у образца ПКС определили оптимальные температуры переработки. В результате получили данные: температура размягчения (Ti) 170°С, температура начала волокнообразования (Тг) 220°С и температура каплепадения (Тз) 280°С. Температуру хорошей нити Тх н. (оптимальную температуру формования) выбрали на 30°С больше температуры начала волокнообразования - 250°С. В таблице на фиг. 3 представлены температурные характеристики, образец № 2. [0112] Preliminary, the optimal processing temperatures were determined for the PKC sample. As a result, data were obtained: softening temperature (Ti) 170°C, fiberization start temperature (Tg) 220°C and dropping point (Tz) 280°C. The temperature of a good thread T x n . (optimum molding temperature) was chosen 30°C more than the fiberization start temperature - 250°C. In the table in Fig. 3 shows the temperature characteristics, sample No. 2.
[0113] Далее заранее включили экструдер (экструзионно-формовочный узел) и настроили нагрев рабочих частей с учетом оптимальной температуры формования (Тх н.) 250°С. [0113] Next, the extruder (extrusion-forming unit) was turned on in advance and the heating of the working parts was set up, taking into account the optimal molding temperature (T x n .) 250°C.
[0114] Принципиальная схема экструдера для формования многофиламентного полимерного волокна из ПКС представлена на фиг. 4, схема фильерного комплекта 9 представлена на фиг. 5, они описаны в примере 7. Количество отверстий в используемой фильере 14 равнялось 48 шт. Рабочий объем шестеренчатого насоса 7 равен 0,6 см3. [0114] A schematic diagram of an extruder for forming a multifilament polymer fiber from PCS is shown in FIG. 4, the scheme of the spinneret set 9 is shown in FIG. 5, they are described in example 7. The number of holes in the die 14 used was 48 pcs. The working volume of the gear pump 7 is 0.6 cm 3 .
[0115] ПКС взяли в виде кусков и загрузили в бункер 1 (см. фиг. 4), продули его инертным газом для предотвращения взаимодействия ПКС с кислородом воздуха, при этом бункер 1 вакуумировали с помощью вакуумного насоса 12. [0115] PKS was taken in the form of pieces and loaded into hopper 1 (see Fig. 4), purged with an inert gas to prevent the interaction of PKS with atmospheric oxygen, while hopper 1 was evacuated using a vacuum pump 12.
[0116] Подали полимерный материал из загрузочного бункера 1 в узел подготовки расплава полимера, подогреваемый с помощью нагревательных элементов 6 до температуры 250°С. Узел подготовки расплава полимера состоит из материального цилиндра 2 и шнека 3, который приводится в движение через муфту 4 электрическим приводом экструдера 5. [0116] The polymeric material was fed from the hopper 1 to the polymer melt preparation unit, heated by the heating elements 6 to a temperature of 250°C. The polymer melt preparation unit consists of a material cylinder 2 and a screw 3, which is driven through a clutch 4 by an electric drive of the extruder 5.
[0117] В результате нагрева куски и стружка ПКС преобразовались в расплав ПКС с вязкостью 141,0 Па-с. [0117] As a result of heating, the PCS pieces and chips were transformed into a PCS melt with a viscosity of 141.0 Pa-s.
[0118] Затем подали подготовленный расплав ПКС на герметичный подогреваемый узел формования волокна, в котором шестерёнчатый насос 7 с регулируемой частотой вращения, приводимый в движение электродвигателем привода шестеренчатого насоса 8, непрерывно со скоростью 12 об./мин и давлением 6 МПа нагнетал расплавленный ПКС на фильерный комплект 9. При этом расплав ПКС, распределяясь по всей площади поверхности фильеры 14, продавливался через все 48 отверстий с одинаковой скоростью при давлении 1,84 МПа, что привело к образованию пучка непрерывных волокон. [0118] Then, the prepared PKC melt was fed to a sealed heated fiber spinning unit, in which the gear pump 7 with an adjustable speed, driven by the electric motor of the gear pump drive 8, continuously at a speed of 12 rpm and a pressure of 6 MPa pumped the melted PKC onto spinneret set 9. At the same time, the PCS melt, being distributed over the entire surface area of the spinneret 14, was forced through all 48 holes at the same speed at a pressure of 1.84 MPa, which led to the formation of a bundle of continuous fibers.
[0119] Далее осуществляли постепенное охлаждение с последующим отверждением полученного пучка волокон в инертной атмосфере - газе аргоне. Сначала охлаждение происходит после выхода из фильерного комплекта 9 в подогреваемой подфильерной печи 10 в среде инертного газа, затем в среде инертного газа вне подфильерной печи 10 до комнатной температуры, при этом осуществляли приёмку остывшего сформованного полимерного волокна на устройство намотки волокна 11. [0119] Next, gradual cooling was carried out, followed by curing of the resulting bundle of fibers in an inert atmosphere - argon gas. Cooling first occurs after exiting the spunbond kit 9 in a heated under-spinning furnace 10 in an inert gas environment, then in an inert gas environment outside the under-spinning furnace 10 to room temperature, while the cooled formed polymer fiber was received at the fiber winding device 11.
[0120] Скорость намотки в устройстве намотки волокна 798 об./мин, что является большей скоростью, чем скорость подачи расплавленного полимерного волокна из фильеры - 12 об./мин, для осуществления подфильерной вытяжки волокна. [0120] The winding speed in the fiber winder is 798 rpm, which is faster than the 12 rpm feed rate of the molten polymer fiber from the spinneret, for under-die drawing of the fiber.
[0121] Скорость раскладчика в устройстве раскладки волокна, равная 33 об./мин, позволяла изменять угол намотки волокна на шпулю. Приемочное устройство, включающее в себя устройство намотки волокна и устройство раскладки волокна, представлено на фиг. 7. [0121] The spreader speed in the fiber spreader, equal to 33 rpm, allowed to change the angle of winding the fiber onto the spool. The receiving device, which includes a fiber winder and a fiber spreader, is shown in FIG. 7.
[0122] Образцы ПКС показали отличную способность к формованию, вытягивались в тонкую непрерывную нить, экструзия проходила без скачков давления, в экструдате не наблюдалось газовых включений. [0122] The PCS samples showed excellent formability, were drawn into a thin continuous filament, extrusion proceeded without pressure surges, and no gas inclusions were observed in the extrudate.
[0123] В результате была наработана партия полимерных волокон ПКС, которые представляют собой хрупкие волокна белого цвета толщиной 25 мкм. [0123] As a result, a batch of PCS polymer fibers was produced, which are brittle white fibers with a thickness of 25 microns.
[0124] После формования волокна, намотанные на графитовые паковки, взвесили на аналитических весах. [0124] After spinning, the fibers wound on the graphite packages were weighed on an analytical balance.
[0125] В таблице на фиг. 10 представлены основные параметры экструзии волокна на экструзионно-формовочном узле, образец № 2. [0125] In the table in FIG. 10 shows the main parameters of fiber extrusion on the extrusion-forming unit, sample No. 2.
[0126] Далее осуществили вторую стадию способа, а именно, полимерное волокно подвергли термохимической сшивке - отверждению (окислению) на воздухе при температуре 200 °C со скоростью нагрева 6 °С/ч. [0126] Next, the second stage of the method was carried out, namely, the polymer fiber was subjected to thermochemical crosslinking - curing (oxidation) in air at a temperature of 200 ° C with a heating rate of 6 ° C / h.
[0127] Сшивка полимерных молекул произошла за счёт окисления групп Si-H и Si- СПз и образования новых связей Si-0-Si и Si-0-С. [0127] The crosslinking of polymer molecules occurred due to the oxidation of the Si-H and Si-CP3 groups and the formation of new Si-0-Si and Si-0-C bonds.
[0128] Волокна приобрели желтый оттенок, их масса при этом увеличилась в среднем на 10 %. [0128] The fibers acquired a yellow tint, while their weight increased by an average of 10%.
[0129] После проведения процесса окисления волокна, намотанные на графитовые паковки, взвесили на аналитических весах и установили на специальный шпулярник, выполненный из графита. На фиг. 11 представлен графитовый шпулярник. [0129] After the oxidation process, the fibers wound on graphite packages were weighed on an analytical balance and installed on a special creel made of graphite. In FIG. 11 shows a graphite creel.
[0130] Для осуществления третьей стадии способа отвержденное полимерное волокно ПКС перевели в керамическую фазу, то есть образец был карбонизован. Для этого его подвергли обработке в высокотемпературной вакуумной печи со ступенчатым нагревом до 1100-1300 °C в инертной атмосфере (газы азот N2 и Аг). [0131] Шпулярник с волокнами установили в печь карбонизации, как показано на фиг. 12, печь закрыли и вакуумировали. Далее печь заполнили инертным газом, провели процесс карбонизации ПКС-волокна со ступенчатым нагревом по программе, включающей следующие стадии: [0130] For the implementation of the third stage of the method, the cured PCS polymer fiber was transferred to the ceramic phase, that is, the sample was carbonized. To do this, it was subjected to processing in a high-temperature vacuum furnace with stepped heating up to 1100-1300 ° C in an inert atmosphere (nitrogen gases N2 and Ar). [0131] The fiber creel was installed in the carbonization furnace as shown in FIG. 12, the oven was closed and evacuated. Next, the furnace was filled with an inert gas, and the process of PCS fiber carbonization was carried out with stepped heating according to a program that included the following stages:
- Вакуумирование печи (до уровня 100 Па); - Vacuuming the oven (up to 100 Pa);
- Заполнение пространства печи инертным газом; - Filling the furnace space with an inert gas;
- Нагрев до 400 °C при скорости нагрева 2,5 °С/мин; - Heating up to 400 °C at a heating rate of 2.5 °C/min;
- Выдержка при 400 °C (30 минут); - Exposure at 400 °C (30 minutes);
- Нагрев до 700 °C при скорости нагрева 4 °С/мин; - Heating up to 700 °C at a heating rate of 4 °C/min;
- Выдержка при 700 °C (30 минут); - Exposure at 700 °C (30 minutes);
- Нагрев до 1250 °C при скорости нагрева 2,5 °С/мин; - Heating up to 1250 °C at a heating rate of 2.5 °C/min;
- Выдержка при 1250 °C (30 минут); - Exposure at 1250 °C (30 minutes);
- Охлаждение печи. - Furnace cooling.
[0132] Данная программа представлена на фиг. 2. [0132] This program is shown in FIG. 2.
[0133] Данные ТГА окисленного волокна, подтверждающие выбор температурных параметров программы, представлены на фиг. 13. [0133] Oxidized fiber TGA data supporting the choice of program temperature parameters is shown in FIG. 13.
[0134] Фотографии -SiC волокна после проведения процесса карбонизации представлены на фиг. 14-19. [0134] Photographs of the α-SiC fiber after the carbonization process are shown in FIG. 14-19.
[0135] Образованные карбидокремниевые волокна P-модификации имели толщину 15-22 мкм. После карбонизации волокна приобрели черный цвет, блестящую поверхность, стала заметна значительная усадка (до 25 %), наблюдались цветные оттенки синего и коричневого цвета. [0135] The resulting P-modification silicon carbide fibers had a thickness of 15-22 microns. After carbonization, the fibers acquired a black color, a shiny surface, significant shrinkage (up to 25%) became noticeable, color shades of blue and brown were observed.
[0136] Процесс получения карбидокремниевых волокон на четвертой, заключительной стадии, включает аппретирование. В качестве аппрета взяли раствор поливинилового спирта с дистиллированной водой концентрацией 0,25 %. [0136] The process of obtaining silicon carbide fibers in the fourth, final stage includes sizing. A solution of polyvinyl alcohol with distilled water with a concentration of 0.25% was taken as a coupling agent.
[0137] Нанесение аппрета было осуществлено в соответствии со способом, представленным на фиг. 20. Описание способа приведено в примере 7. [0137] The application of the sizing was carried out in accordance with the method shown in FIG. 20. Description of the method is given in example 7.
[0138] В результате было получено более 100 метров непрерывной длины готового аппретированного многофиламентного 0-SiC. [0138] As a result, more than 100 meters of continuous length of finished sized multifilament 0-SiC was obtained.
[0139] Изготовленное P-SiC волокно направили на проведение физико-химических исследований методами оптической микроскопии, СЭМ, ТГА, РФА и др. [0139] The manufactured P-SiC fiber was sent for physical and chemical studies using optical microscopy, SEM, TGA, XRF, etc.
[0140] Проведенные исследования аналогичны описанным в примере 7. Полученные результаты представлены на фиг. 22-23, где изображена поверхность -SiC волокна (увеличение х500) - волокна гладкие, без дефектов и имеют мелкозернистую структуру. [0141] Данные по морфологии поверхности 0-SiC волокна по методу СЭМ представлены на фигурах 24-31. Микрофотографии СЭМ показали, что керамические волокна p-SiC диаметром 15-22 мкм имеют плотную мелкозернистую структуру с размерами зерен порядка 16-30 нм. [0140] The studies carried out are similar to those described in Example 7. The results obtained are shown in FIG. 22-23, which shows the surface of the -SiC fiber (x500 magnification) - the fibers are smooth, without defects and have a fine-grained structure. [0141] SEM surface morphology data for 0-SiC fibers are shown in Figures 24-31. SEM micrographs showed that p-SiC ceramic fibers with a diameter of 15–22 μm have a dense fine-grained structure with grain sizes of the order of 16–30 nm.
[0142] В результате проведенных исследований по фазовому составу установлено, что все пики на дифрактограмме образцов соответствуют фазе карбида кремния. Сильное уширение пиков свидетельствует о низком размере областей когерентного рассеяния. Размер частиц, оцененный по методу Вильямсона-Холла, составляет 1,4 - 2,0 нм. [0142] As a result of the studies on the phase composition, it was found that all the peaks in the diffraction pattern of the samples correspond to the silicon carbide phase. The strong broadening of the peaks is indicative of the low size of the coherent scattering regions. The particle size, estimated by the Williamson-Hall method, is 1.4 - 2.0 nm.
[0143] Определение содержания кислорода, кремния, углерода, а также иных возможных примесей в -SiC волокне, проводилось с помощью СЭМ с приставкой ЭДС. В результате проведенных исследований было установлено, что волокна p-SiC состоят из кремния (43- 56 ат. %), углерода (31—46 ат. %) и кислорода (8-11 ат. %). Посторонних примесей в волокнах и на их поверхности не обнаружено. [0143] The determination of the content of oxygen, silicon, carbon, as well as other possible impurities in the -SiC fiber, was carried out using an SEM with an EMF attachment. As a result of the studies, it was found that p-SiC fibers consist of silicon (43-56 at.%), carbon (31-46 at.%) and oxygen (8-11 at.%). Foreign impurities in the fibers and on their surface were not found.
[0144] Также были проведены исследования механических свойств -SiC волокна. В таблице на фиг. 32 (образец № 2) приведены характеристики наработанной партии волокна P-SiC, а на фиг. 33-34 представлены образцы партии волокна из карбида кремния. [0145] [0144] Studies have also been conducted on the mechanical properties of the -SiC fiber. In the table in Fig. 32 (Sample No. 2) shows the characteristics of the produced batch of P-SiC fiber, and FIG. 33-34 show samples of a batch of silicon carbide fibers. [0145]
[0146] Пример 3. [0146] Example 3.
[0147] Формование многофиламентного полимерного волокна, являющееся первой стадией способа получения бескернового карбидокремниевого волокна. Р-модификации, осуществлялось методом экструзии из поликарбосилана (ПКС). [0147] The formation of a multifilament polymer fiber, which is the first step in the process for producing a coreless silicon carbide fiber. P-modification was carried out by extrusion from polycarbosilane (PCS).
[0148] Предварительно у образца ПКС определили оптимальные температуры переработки. В результате получили данные: температура размягчения (Ti) 180°С, температура начала волокнообразования (Тг) 200°С и температура каплепадения (Тз) 290°С. Температуру хорошей нити Тх н. (оптимальную температуру формования) выбрали на 40°С больше температуры начала волокнообразования - 240°С. В таблице на фиг. 3 представлены температурные характеристики, образец № 3. [0148] Previously, the optimal processing temperatures were determined for the PKC sample. As a result, data were obtained: softening temperature (Ti) 180°C, fiberization start temperature (Tg) 200°C and dropping point (Tz) 290°C. The temperature of a good thread T x n . (optimum molding temperature) was chosen 40°C more than the fiberization start temperature - 240°C. In the table in Fig. 3 shows the temperature characteristics, sample No. 3.
[0149] Далее заранее включили экструдер (экструзионно-формовочный узел) и настроили нагрев рабочих частей с учетом оптимальной температуры формования (Тх.н.) 240°С. [0149] Next, the extruder (extrusion-forming unit) was turned on in advance and the heating of the working parts was set up, taking into account the optimal molding temperature (Tkh.n.) 240°C.
[0150] Принципиальная схема экструдера для формования многофиламентного полимерного волокна из ПКС представлена на фиг. 4, схема фильерного комплекта 9 представлена на фиг. 5, они описаны в примере 7. Количество отверстий в используемой фильере 14 равнялось 48 шт. Рабочий объем шестеренчатого насоса 7 равен 0,6 см3. [0151] ПКС взяли в виде стружки размером 2 - 7 мм и загрузили в бункер 1 (см. фиг. 4), продули его инертным газом для предотвращения взаимодействия ПКС с кислородом воздуха, при этом бункер 1 вакуумировали с помощью вакуумного насоса 12. [0150] A schematic diagram of an extruder for forming a multifilament polymer fiber from PCS is shown in FIG. 4, the scheme of the spinneret set 9 is shown in FIG. 5, they are described in example 7. The number of holes in the die 14 used was 48 pcs. The working volume of the gear pump 7 is 0.6 cm 3 . [0151] PKS was taken in the form of chips with a size of 2 - 7 mm and loaded into hopper 1 (see Fig. 4), it was purged with an inert gas to prevent the interaction of PKS with atmospheric oxygen, while hopper 1 was evacuated using a vacuum pump 12.
[0152] Подали полимерный материал из загрузочного бункера 1 в узел подготовки расплава полимера, подогреваемый с помощью нагревательных элементов 6 до температуры 240°С. Узел подготовки расплава полимера состоит из материального цилиндра 2 и шнека 3, который приводится в движение через муфту 4 электрическим приводом экструдера 5. [0152] The polymeric material was fed from the hopper 1 to the polymer melt preparation unit, heated by the heating elements 6 to a temperature of 240°C. The polymer melt preparation unit consists of a material cylinder 2 and a screw 3, which is driven through a clutch 4 by an electric drive of the extruder 5.
[0153] В результате нагрева ПКС преобразовался в расплав ПКС с вязкостью 919,9 Па-с. [0153] As a result of heating, the PCS was transformed into a PCS melt with a viscosity of 919.9 Pa-s.
[0154] Затем подали подготовленный расплав ПКС на герметичный подогреваемый узел формования волокна, в котором шестерёнчатый насос 7 с регулируемой частотой вращения, приводимый в движение электродвигателем привода шестеренчатого насоса 8, непрерывно со скоростью 4 об./мин и давлением 6 МПа нагнетал расплавленный ПКС на фильерный комплект 9. При этом расплав ПКС, распределяясь по всей площади поверхности фильеры 14, продавливался через все 48 отверстий с одинаковой скоростью при давлении 4,00 МПа, что привело к образованию пучка непрерывных волокон. [0154] Then, the prepared PKS melt was fed to a sealed heated fiber spinning unit, in which the gear pump 7 with adjustable speed, driven by the electric motor of the gear pump drive 8, continuously at a speed of 4 rpm and a pressure of 6 MPa pumped the melted PKS onto spinneret set 9. At the same time, the PCS melt, being distributed over the entire surface area of the spinneret 14, was forced through all 48 holes at the same speed at a pressure of 4.00 MPa, which led to the formation of a bundle of continuous fibers.
[0155] Далее осуществляли постепенное охлаждение с последующим отверждением полученного пучка волокон в инертной атмосфере - газе азоте. Сначала охлаждение происходит после выхода из фильерного комплекта 9 в подогреваемой подфильерной печи 10 в среде инертного газа, затем в среде инертного газа вне подфильерной печи 10 до комнатной температуры, при этом осуществляли приёмку остывшего сформованного полимерного волокна на устройство намотки волокна 11. [0155] Next, gradual cooling was carried out, followed by curing of the resulting bundle of fibers in an inert atmosphere - nitrogen gas. First, cooling occurs after exiting the spunbond set 9 in a heated under-spinning furnace 10 in an inert gas environment, then in an inert gas environment outside the under-spinning furnace 10 to room temperature, while the cooled formed polymer fiber was received at the fiber winding device 11.
[0156] Скорость намотки в устройстве намотки волокна 550 об./мин, что является большей скоростью, чем скорость подачи расплавленного полимерного волокна из фильеры - 4 об./мин, для осуществления подфильерной вытяжки волокна. [0156] The winding speed in the fiber winder is 550 rpm, which is a higher speed than the feed rate of the molten polymer fiber from the spinneret - 4 rpm, for under-die drawing of the fiber.
[0157] Скорость раскладчика в устройстве раскладки волокна, равная 30 об./мин, позволяла изменять угол намотки волокна на шпулю. Приемочное устройство, включающее в себя устройство намотки волокна и устройство раскладки волокна, представлено на фиг. 7. [0157] The spreader speed in the fiber spreader, equal to 30 rpm, made it possible to change the angle of winding the fiber onto the spool. The receiving device, which includes a fiber winder and a fiber spreader, is shown in FIG. 7.
[0158] Образцы ПКС показали отличную способность к формованию, вытягивались в тонкую непрерывную нить, экструзия проходила без скачков давления, в экструдате не наблюдалось газовых включений. [0158] The PCS samples showed excellent formability, were drawn into a thin continuous thread, the extrusion was without pressure surges, and no gas inclusions were observed in the extrudate.
[0159] В результате была наработана партия полимерных волокон ПКС, которые представляют собой хрупкие волокна белого цвета толщиной 25 мкм. После формования волокна, намотанные на графитовые паковки, взвесили на аналитических весах. [0160] В таблице на фиг. 10 представлены основные параметры экструзии волокна на экструзионно-формовочном узле, образец № 3. [0159] As a result, a batch of PCS polymer fibers was produced, which are brittle white fibers with a thickness of 25 microns. After spinning, the fibers wound on graphite packages were weighed on an analytical balance. [0160] In the table in FIG. 10 shows the main parameters of fiber extrusion on the extrusion-forming unit, sample No. 3.
[0161] Далее осуществили вторую стадию способа, а именно, полимерное волокно подвергли термохимической сшивке - отверждению (окислению) на воздухе при температуре 250 °C со скоростью нагрева 10 °С/ч. [0161] Next, the second stage of the method was carried out, namely, the polymer fiber was subjected to thermochemical crosslinking - curing (oxidation) in air at a temperature of 250 ° C with a heating rate of 10 ° C / h.
[0162] Сшивка полимерных молекул произошла за счёт окисления групп Si-H и Si- СНз и образования новых связей Si-0-Si и Si-O-C. [0162] The crosslinking of polymer molecules occurred due to the oxidation of the Si-H and Si-CH3 groups and the formation of new Si-0-Si and Si-O-C bonds.
[0163] Волокна приобрели желтый оттенок, их масса при этом увеличилась в среднем на 15 %. [0163] The fibers acquired a yellow tint, while their weight increased by an average of 15%.
[0164] После проведения процесса окисления волокна, намотанные на графитовые паковки, взвесили на аналитических весах и установили на специальный шпулярник, выполненный из графита. На фиг. 11 представлен графитовый шпулярник. [0164] After the oxidation process, the fibers wound on graphite packages were weighed on an analytical balance and installed on a special creel made of graphite. In FIG. 11 shows a graphite creel.
[0165] Для осуществления третьей стадии способа отвержденное полимерное волокно ПКС перевели в керамическую фазу, то есть образец был карбонизован. Для этого его подвергли обработке в высокотемпературной вакуумной печи со ступенчатым нагревом до 1100-1300 °C в инертной атмосфере (газы азот N2 и Аг). [0165] For the implementation of the third stage of the method, the cured PCS polymer fiber was transferred to the ceramic phase, that is, the sample was carbonized. To do this, it was subjected to processing in a high-temperature vacuum furnace with stepped heating up to 1100-1300 ° C in an inert atmosphere (nitrogen gases N2 and Ar).
[0166] Шпулярник с волокнами установили в печь карбонизации, как показано на фиг. 12, печь закрыли и вакуумировали. Далее в вакууме провели процесс карбонизации ПКС- волокна со ступенчатым нагревом по программе, включающей следующие стадии: [0166] The fiber creel was installed in the carbonization furnace as shown in FIG. 12, the oven was closed and evacuated. Next, the process of PCS-fiber carbonization was carried out in a vacuum with stepwise heating according to a program that included the following stages:
- Вакуумирование печи (до уровня 100 Па); - Vacuuming the oven (up to 100 Pa);
- Заполнение пространства печи инертным газом; - Filling the furnace space with an inert gas;
- Нагрев до 400 °C при скорости нагрева 5 °С/мин; - Heating up to 400 °C at a heating rate of 5 °C/min;
- Выдержка при 400 °C (30 минут); - Exposure at 400 °C (30 minutes);
- Нагрев до 700 °C при скорости нагрева 5 °С/мин; - Heating up to 700 °C at a heating rate of 5 °C/min;
- Выдержка при 700 °C (30 минут); - Exposure at 700 °C (30 minutes);
- Нагрев до 1250 °C при скорости нагрева 5 °С/мин; - Heating up to 1250 °C at a heating rate of 5 °C/min;
- Выдержка при 1250 °C (30 минут); - Exposure at 1250 °C (30 minutes);
- Охлаждение печи. - Furnace cooling.
[0167] Данная программа представлена на фиг. 2. [0167] This program is shown in FIG. 2.
[0168] Данные ТГА окисленного волокна, подтверждающие выбор температурных параметров программы, представлены на фиг. 13. [0168] Oxidized fiber TGA data supporting the selection of program temperature parameters is shown in FIG. 13.
[0169] Фотографии 0-SiC волокна после проведения процесса карбонизации представлены на фиг. 14-19. [0170] Образованные карбидокремниевые волокна P-модификации имели толщину 15-22 мкм. После карбонизации волокна приобрели черный цвет, блестящую поверхность, стала заметна значительная усадка (до 25 %), наблюдались цветные оттенки синего и коричневого цвета. [0169] Photographs of the 0-SiC fiber after the carbonization process are shown in FIG. 14-19. [0170] The formed P-modification silicon carbide fibers had a thickness of 15-22 microns. After carbonization, the fibers acquired a black color, a shiny surface, significant shrinkage (up to 25%) became noticeable, color shades of blue and brown were observed.
[0171] Процесс получения карбидокремниевых волокон на четвертой, заключительной стадии, включает аппретирование. В качестве аппрета взяли раствор поливинилового спирта с дистиллированной водой концентрацией 0,25 %. [0171] The process of obtaining silicon carbide fibers in the fourth, final stage includes sizing. A solution of polyvinyl alcohol with distilled water with a concentration of 0.25% was taken as a coupling agent.
[0172] Нанесение аппрета было осуществлено в соответствии со способом, представленным на фиг. 20. Описание способа приведено в примере 7. [0172] The application of the sizing was carried out in accordance with the method shown in FIG. 20. Description of the method is given in example 7.
[0173] В результате было получено более 100 метров непрерывной длины готового аппретированного многофиламентного 0-SiC. [0173] As a result, more than 100 meters of continuous length of finished sized multifilament 0-SiC was obtained.
[0174] Изготовленное P-SiC волокно направили на проведение физико-химических исследований методами оптической микроскопии, СЭМ, ТГА, РФА и др. [0174] The manufactured P-SiC fiber was sent for physical and chemical studies using optical microscopy, SEM, TGA, XRF, etc.
[0175] Проведенные исследования аналогичны описанным в примере 1. Полученные результаты представлены на фиг. 22-23, где изображена поверхность p-SiC волокна (увеличение х500) - волокна гладкие, без дефектов и имеют мелкозернистую структуру. [0175] The studies carried out are similar to those described in Example 1. The results obtained are shown in FIG. 22-23, which shows the surface of the p-SiC fiber (x500 magnification) - the fibers are smooth, without defects and have a fine-grained structure.
[0176] Данные по морфологии поверхности P-SiC волокна по методу СЭМ представлены на фигурах 24-31. Микрофотографии СЭМ показали, что керамические волокна -SiC диаметром 15-22 мкм имеют плотную мелкозернистую структуру с размерами зерен порядка 16-30 нм. [0176] Data on the surface morphology of the P-SiC fiber by SEM are presented in figures 24-31. SEM micrographs showed that α-SiC ceramic fibers with a diameter of 15-22 μm have a dense fine-grained structure with grain sizes of the order of 16-30 nm.
[0177] В результате проведенных исследований по фазовому составу установлено, что все пики на дифрактограмме образцов соответствуют фазе карбида кремния. Сильное уширение пиков свидетельствует о низком размере областей когерентного рассеяния. Размер частиц, оцененный по методу Вильямсона-Холла, составляет 1,4 - 2,0 нм. [0177] As a result of the studies on the phase composition, it was found that all the peaks in the diffraction pattern of the samples correspond to the silicon carbide phase. The strong broadening of the peaks is indicative of the low size of the coherent scattering regions. The particle size, estimated by the Williamson-Hall method, is 1.4 - 2.0 nm.
[0178] Определение содержания кислорода, кремния, углерода, а также иных возможных примесей в 0-SiC волокне, проводилось с помощью СЭМ с приставкой ЭДС. В результате проведенных исследований было установлено, что волокна P-SiC состоят из кремния (43- 56 ат. %), углерода (31-46 ат. %) и кислорода (8-11 ат. %). Посторонних примесей в волокнах и на их поверхности не обнаружено. [0178] The determination of the content of oxygen, silicon, carbon, as well as other possible impurities in the 0-SiC fiber, was carried out using an SEM with an EMF attachment. As a result of the studies, it was found that P-SiC fibers consist of silicon (43-56 at.%), carbon (31-46 at.%) and oxygen (8-11 at.%). Foreign impurities in the fibers and on their surface were not found.
[0179] Также были проведены исследования механических свойств P-SiC волокна. В таблице на фиг. 32 (образец № 3) приведены характеристики наработанной партии волокна P-SiC, а на фиг. 33-34 представлены образцы партии волокна из карбида кремния. [0180] Таким образом, изобретение обеспечивает: возможность получения непрерывных бескерновых карбидокремниевых волокон р-модификации, - повышение их прочностных характеристик, в частности, повышение прочности на растяжение, достигаемое за счет оптимально выбранных параметров для формования, [0179] Studies have also been conducted on the mechanical properties of the P-SiC fiber. In the table in Fig. 32 (Sample No. 3) shows the characteristics of the produced batch of P-SiC fiber, and FIG. 33-34 show samples of a batch of silicon carbide fibers. [0180] Thus, the invention provides: the possibility of obtaining continuous coreless p-modification silicon carbide fibers, - increasing their strength characteristics, in particular, increasing tensile strength, achieved through optimally selected parameters for molding,
- повышение устойчивости к высоким температурам и высокое сопротивление ползучести, в частности, за счет содержания кислорода,- increased resistance to high temperatures and high creep resistance, in particular due to the oxygen content,
- стабильность свойств волокон, - stability of fiber properties,
- оптимальный средний диаметр волокон - 15-22 мкм, - the optimal average fiber diameter is 15-22 microns,
- упрощение процедуры подготовки используемого углеволоконного прекурсора, - отсутствие посторонних примесей в составе волокон, а именно, волокна состоят из кремния 43-56 ат. % и углерода 31—46 ат. %, а также имеют пониженное содержание кислорода - 8-11 ат. %. - simplification of the procedure for preparing the used carbon fiber precursor, - the absence of impurities in the composition of the fibers, namely, the fibers consist of silicon 43-56 at. % and carbon 31–46 at. %, and also have a low oxygen content - 8-11 at. %.

Claims

Формула Formula
1. Способ получения бескернового карбидокремниевого волокна -модификации, включающий последовательные стадии, согласно которым: на первой стадии предварительно определяют температуру начала волокнообразования и температуру каплепадения каждой партии поликарбосилана, а затем осуществляют формование многофиламентного полимерного волокна методом экструзии из расплава поликарбосилана, для чего вводят поликарбосилан в экструдер при комнатной температуре, производят нагрев поликарбосилана до оптимальной температуры формования, выбранной из интервала выше температуры начала волокнообразования и ниже температуры каплепадения, с получением его гомогенного расплава, выдавливают расплав поликарбосилана через фильеру при давлении 1, 5-4,0 МПа с образованием полимерного волокна, постепенно охлаждают его в инертной атмосфере до комнатной температуры с последующим отверждением, при этом осуществляют приемку полимерного волокна на устройство намотки волокна, имеющее скорость намотки большую, чем скорость подачи полимерного волокна, с образованием сформованного полимерного волокна, на второй стадии осуществляют термоокислительную сшивку, для чего полученные сформованные полимерные волокна, намотанные на графитовые паковки, отверждают в печи окисления при температуре 175-250 °C со скоростью нагрева 3-10 °С/ч до увеличения массы на 6-15%, на третьей стадии осуществляют карбонизацию полученного отвержденного полимерного волокна с переводом его в керамическую фазу, для чего отвержденное полимерное волокно подвергают обработке в высокотемпературной печи в инертной атмосфере или в вакууме со ступенчатым нагревом до температуры 1100-1300 °C при скорости нагрева 2,5-5 °С/мин, при этом осуществляют выдержку по 30 мин при температурах 400, 700 и 1250 °C, а затем охлаждают высокотемпературную печь, на четвертой стадии осуществляют аппретирование полученного карбидокремниевого волокна р-модификации. 1. A method for producing a coreless silicon carbide fiber - modification, including successive stages, according to which: at the first stage, the temperature of the beginning of fiber formation and the dropping point of each batch of polycarbosilane are preliminarily determined, and then a multifilament polymer fiber is formed by extrusion from a melt of polycarbosilane, for which polycarbosilane is introduced into extruder at room temperature, the polycarbosilane is heated to the optimal molding temperature, selected from the range above the fiber formation start temperature and below the dropping point, to obtain its homogeneous melt, the polycarbosilane melt is squeezed out through the spinneret at a pressure of 1.5-4.0 MPa to form a polymer fiber , gradually cool it in an inert atmosphere to room temperature, followed by curing, while accepting the polymer fiber to the fiber winding device, which has a winding speed greater than the possibility of supplying a polymer fiber, with the formation of a shaped polymer fiber, at the second stage, thermal-oxidative crosslinking is carried out, for which the resulting shaped polymer fibers wound on graphite packages are cured in an oxidation furnace at a temperature of 175-250 ° C with a heating rate of 3-10 ° C / h until the mass increases by 6-15%, at the third stage, the obtained cured polymer fiber is carbonized with its transfer to the ceramic phase, for which the cured polymer fiber is processed in a high-temperature furnace in an inert atmosphere or in vacuum with stepped heating to a temperature of 1100-1300 °C at a heating rate of 2.5-5 °C/min, while exposure is carried out for 30 minutes at temperatures of 400, 700 and 1250 °C, and then the high-temperature furnace is cooled, at the fourth stage, the resulting p-modification silicon carbide fiber is finished.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поликарбосилан синтезируют из полидиметилсилана. 2. The method according to p. 1, characterized in that polycarbosilane is synthesized from polydimethylsilane.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на первой стадии в экструдер вводят поликарбосилан в виде кусков или гранул или стружки размером 2-7 мм. 3. The method according to p. 1, characterized in that at the first stage polycarbosilane is introduced into the extruder in the form of pieces or granules or chips with a size of 2-7 mm.
23 23
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на первой стадии производят нагрев поликарбосилана до оптимальной температуры формования, выбранной из интервала выше температуры начала волокнообразования на 30+40 °C. 4. The method according to p. 1, characterized in that at the first stage, the polycarbosilane is heated to the optimal molding temperature, selected from the interval above the fiberization start temperature by 30 + 40 °C.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инертной атмосферы используют газ азот. 5. The method according to p. 1, characterized in that nitrogen gas is used as an inert atmosphere.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инертной атмосферы используют газ аргон. 6. The method according to p. 1, characterized in that argon gas is used as an inert atmosphere.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на четвертой стадии в качестве аппрета используют раствор поливинилового спирта концентрацией 0,25%. 7. The method according to p. 1, characterized in that in the fourth stage, a solution of polyvinyl alcohol with a concentration of 0.25% is used as a coupling agent.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что для удаления аппрета бескерновое карбидокремниевое волокно 0-модификации промывают в воде, имеющей температуру 35+40 °C, и сушат при температуре 600 °C в течение 30 мин на воздухе. 8. The method according to claim 7, characterized in that to remove the sizing, the coreless silicon carbide fiber of the 0-modification is washed in water having a temperature of 35 + 40 ° C and dried at a temperature of 600 ° C for 30 minutes in air.
PCT/RU2020/000772 2020-11-17 2020-12-29 METHOD FOR PRODUCING A CORELESS β-SILICON CARBIDE FIBER WO2022108475A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/620,732 US11959192B2 (en) 2020-11-17 2020-12-29 Method for producing non-core beta silicon carbide fibers
CN202080044842.0A CN114829686B (en) 2020-11-17 2020-12-29 Method for producing coreless beta silicon carbide fibers

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020137624A RU2748906C1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 METHOD FOR PRODUCING NON-CORING SILICON CARBIDE FIBER OF β-MODIFICATION
RU2020137624 2020-11-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022108475A1 true WO2022108475A1 (en) 2022-05-27

Family

ID=76301291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000772 WO2022108475A1 (en) 2020-11-17 2020-12-29 METHOD FOR PRODUCING A CORELESS β-SILICON CARBIDE FIBER

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11959192B2 (en)
CN (1) CN114829686B (en)
RU (1) RU2748906C1 (en)
WO (1) WO2022108475A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110212329A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Pope Edward J A Stiochiometric silicon carbide fibers from thermo-chemically cured polysilazanes
RU2535537C1 (en) * 2013-08-08 2014-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП "ГНИИХТЭОС") Glass ceramic coating based on organo-yttrium oxane alumoxane siloxanes and method of obtaining thereof
CN109456065A (en) * 2019-01-07 2019-03-12 中国人民解放军国防科技大学 Preparation method of SiC ceramic fiber
JP2019137935A (en) * 2018-02-08 2019-08-22 株式会社Ihiエアロスペース Manufacturing method of silicon carbide fiber and silicon carbide fiber

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101280474B (en) * 2008-05-27 2010-10-06 厦门大学 Method for preparing silicone carbide fibre by thermochemical crosslinking and crosslinking apparatus therefor
CN101319414B (en) * 2008-07-16 2011-05-11 中国人民解放军国防科学技术大学 Production method of silicon carbide fiber with high temperature tolerance
CN101660225B (en) * 2009-09-21 2011-08-24 国际竹藤网络中心 SiC fiber and fabric and preparation method thereof
CN101787588B (en) * 2010-01-21 2011-12-14 中国人民解放军国防科学技术大学 Method for preparing continuous silicon carbide fiber by PCS fiber
RU2427673C1 (en) 2010-03-04 2011-08-27 Институт новых углеродных материалов и технологий (Закрытое акционерное общество) (ИНУМиТ (ЗАО)) Spinning solution for electrical forming, method for obtaining fibres by electrical forming, and fibres of silicone carbide
CN101994169B (en) * 2010-09-14 2014-04-02 苏州赛力菲陶纤有限公司 Continuous silicon carbide fiber preparation method and production device
CN102912476A (en) * 2012-11-16 2013-02-06 天津工业大学 Preparation method of carbonized silicon (SiC) sub-micron fibers
DE102015100062A1 (en) 2015-01-06 2016-07-07 Universität Paderborn Apparatus and method for producing silicon carbide
KR101781423B1 (en) * 2016-05-16 2017-10-23 (주) 데크카본 Method of manufacturing silicon carbide fiber by shortend process
CN108456949B (en) * 2018-01-23 2020-11-10 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Hollow silicon carbide ceramic fiber and preparation method thereof
RU2694340C1 (en) 2018-04-27 2019-07-11 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии Коми Научного Центра Уральского Отделения Российской Академии Наук Method of producing textile silicon carbide materials
CN111900411B (en) * 2020-08-14 2021-07-27 四川轻化工大学 Self-supporting silicon-carbon negative electrode material and preparation method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110212329A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Pope Edward J A Stiochiometric silicon carbide fibers from thermo-chemically cured polysilazanes
RU2535537C1 (en) * 2013-08-08 2014-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений" (ФГУП "ГНИИХТЭОС") Glass ceramic coating based on organo-yttrium oxane alumoxane siloxanes and method of obtaining thereof
JP2019137935A (en) * 2018-02-08 2019-08-22 株式会社Ihiエアロスペース Manufacturing method of silicon carbide fiber and silicon carbide fiber
CN109456065A (en) * 2019-01-07 2019-03-12 中国人民解放军国防科技大学 Preparation method of SiC ceramic fiber

Also Published As

Publication number Publication date
CN114829686B (en) 2023-11-17
RU2748906C1 (en) 2021-06-01
CN114829686A (en) 2022-07-29
US11959192B2 (en) 2024-04-16
US20230026460A1 (en) 2023-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9045347B2 (en) Stiochiometric silicon carbide fibers from thermo-chemically cured polysilazanes
US4604367A (en) Method for the preparation of an inorganic fiber containing silicon, carbon, boron and nitrogen
EP0438117B1 (en) Preparation of substantially crystalline silicon carbide fibers from polycarbosilane
CN110629324B (en) Boron-containing silicon carbide fiber and preparation method thereof
US8987402B2 (en) Stoichiometric silicon carbide fibers from thermo-chemically cured polysilazanes
CN101787588B (en) Method for preparing continuous silicon carbide fiber by PCS fiber
CN108277555B (en) Preparation method for preparing low-oxygen-content silicon carbide fiber by using thermocurable polycarbosilane
US6316051B2 (en) Process for producing silicon carbide fiber
EP1435405B1 (en) Process for producing reinforcing sic fiber for sic composite material
Wang et al. Revealing the formation mechanism of the skin-core structure in nearly stoichiometric polycrystalline SiC fibers
CN1240891C (en) Procesxs for producing continuous silicon carbide fibre by skin and core double-composition fibre method
RU2694340C1 (en) Method of producing textile silicon carbide materials
WO2010035692A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING SiC FIBER BONDED CERAMIC
RU2748906C1 (en) METHOD FOR PRODUCING NON-CORING SILICON CARBIDE FIBER OF β-MODIFICATION
CN109456065A (en) Preparation method of SiC ceramic fiber
CN109111574B (en) Preparation method of Si-Al-C-O fiber
JP7318650B2 (en) Crystalline silicon carbide fiber, method for producing the same, and ceramic composite substrate
EP1300491A1 (en) Silicon carbide fiber having boron nitride layer in fiber surface and process for the production thereof
RU2758311C1 (en) Method for producing silicon carbide felt
Andreas Fabrication of large diameter SiC monofilaments by polymer route
Hemida et al. Continuous SiC-based model monofilaments with a low free carbon content: Part II From the pyrolysis of a novel copolymer precursor
US5863848A (en) Preparation of substantially crystalline silicon carbide fibers from borosilazanes
KR101684600B1 (en) Manufacturing method for silicon carbide fiber and silicon carbide fiber thereof
Tang et al. Preparation of silicon carbide fibers from the blend of solid and liquid polycarbosilanes
Narisawa et al. Synthesis of amorphous carbon fiber from a new organosilicon precursor

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20962602

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20962602

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1